2019版高考物理总复习 第三章 牛顿运动定律 实验四 验证牛顿运动定律课件.ppt

实验四验证牛顿运动定律 注意事项1 实验方法 控制变量法 2 平衡摩擦力 不悬挂小盘 但小车连着纸带3 不重复 不重复平衡摩擦力 4 实验条件 M m 小盘和砝码的总重力才可视为小车受到的拉力 5 一先一后一按住 先接通电源 后放小车 且在小车到达滑轮前按住小车 6 作图 作图时两轴标度比例要适当 各量须采用国际单位 误差分析1 因实验原理不完善引起的误差 本实验用小盘和砝码的总重力mg代替小车的拉力 而实际上小车所受的拉力要小于小盘和砝码的总重力 2 摩擦力平衡不准确 质量测量不准确 计数点间距测量不准确 纸带和细绳不严格与木板平行都会引起误差 热点一教材原型实验 例1 为了 探究加速度与力 质量的关系 现提供如图1所示的实验装置 图1 1 以下实验操作正确的是 A 将木板不带滑轮的一端适当垫高 使小车在砝码及砝码盘的牵引下恰好做匀速运动B 调节滑轮的高度 使细线与木板平行C 先接通电源 后释放小车D 实验中小车的加速度越大越好 图2 2 在实验中得到一条如图2所示的纸带 已知相邻计数点间的时间间隔为T 0 1s 且间距x1 x2 x3 x4 x5 x6已量出分别为3 09cm 3 43cm 3 77cm 4 10cm 4 44cm 4 77cm 则小车的加速度a m s2 结果保留2位有效数字 3 有一组同学保持小车及车中的砝码质量一定 探究加速度a与所受外力F的关系 他们在轨道水平及倾斜两种情况下分别做了实验 得到了两条a F图线 如图3所示 图线 是在轨道倾斜情况下得到的 填 或 小车及车中砝码的总质量m kg 图3 解析 1 将不带滑轮的木板一端适当垫高 在不挂钩码的情况下使小车恰好做匀速运动 以使小车的重力沿斜面的分力和摩擦力抵消 那么小车的合力就是细线的拉力 故选项A错误 细线的拉力为小车的合力 所以应调节定滑轮的高度使细线与木板平行 故选项B正确 实验时 应使小车靠近打点计时器由静止释放 先接通电源 后释放小车 故选项C正确 实验时 为了减小实验的误差 小车的加速度应适当大一些 但不是越大越好 故选项D错误 答案 1 BC 2 0 34 3 0 5 变式训练1 2017 淮南模拟 某实验小组利用如图4甲所示的装置进行 探究加速度与合外力的关系 的实验 1 在实验中必须平衡摩擦力 以 平衡摩擦力 当小车 运动时 摩擦力恰好被平衡 2 为了减小误差 在平衡摩擦力后 每次实验必须通过改变钩码的个数来改变小车所受合外力 获取多组数据 若小车质量为400g 实验中每次所用的钩码总质量范围应选 组会比较合理 填选项前的字母 A 10 40gB 200 400gC 1000 2000g 3 实验中打点计时器所使用的是 选填 交流 或 直流 电源 频率为50Hz 图乙中给出的是实验中获取的纸带的一部分 1 2 3 4 5是计数点 每相邻两计数点间还有4个打点未标出 每两个计数点间的时间间隔是 s 由该纸带可求得小车的加速度a m s2 结果保留2位小数 4 改变钩码的个数重复实验 得到加速度a与合外力F的关系如图丙所示 分析线段OA 可得出实验的结论是 答案 1 倾斜木板匀速直线 2 A 3 交流0 11 07 4 在质量不变的条件下 物体的加速度与合外力成正比 图4 热点二实验拓展创新1 实验器材的改进 图5 2 利用光电门测速度 如图6 图6 3 利用位移传感器测位移 如图7 图7 2 数据测量的改进 3 实验的拓展延伸以 探究加速度与力 质量的关系 为背景测量物块与木板间的动摩擦因数 例2 在用DIS研究小车加速度与外力的关系时 某实验小组先用如图8a所示的实验装置 重物通过滑轮用细线拉小车 在小车和重物之间接一个不计质量的微型力传感器 位移传感器 发射器 随小车一起沿水平轨道运动 位移传感器 接收器 固定在轨道一端 实验中力传感器的拉力为F 保持小车 包括位移传感器 发射器 的质量不变 改变重物重力重复实验若干次 得到加速度与外力的关系如图b所示 图8 解析 1 根据图象可知 当F 0 67N时 小车开始有加速度 则Ff 0 67N 1 小车与轨道间的滑动摩擦力Ff N 2 从图象中分析 小车 包括位移传感器 发射器 的质量为 kg 3 该实验小组为得到a与F成正比的关系 应将斜面的倾角 调整到tan 3 为得到a与F成正比的关系 则应该平衡摩擦力 则有 Mgsin Mgcos 解得tan 所以tan 0 1 答案 1 0 67 2 0 67 3 0 1 变式训练2 甲 乙两同学均设计了测动摩擦因数的实验 已知重力加速度为g 图9 1 甲同学所设计的实验装置如图9甲所示 其中A为一质量为M的长直木板 B为木板上放置的质量为m的物块 C为物块右端连接的一轻质弹簧测力计 实验时用力将A从B的下方抽出 通过C的读数F1即可测出动摩擦因数 则该设计能测出 填 A与B 或 A与地面 之间的动摩擦因数 其表达式为 1 2017 威海模拟 某实验小组利用如图10所示的装置进行验证 当质量m一定时 加速度a与力F成正比的关系 其中F m2g m m1 m2 m1为小车及车内砝码的总质量 m2为桶及桶中砝码的总质量 具体做法是 将小车从A处由静止释放 用速度传感器测出它运动到B处时的速度v 然后将小车内的一个砝码拿到小桶中 小车仍从A处由静止释放 测出它运动到B处时对应的速度 重复上述操作 图中A B相距x 图10 3 下列哪些措施能够减小本实验的误差 A 实验中必须保证m2 m1B 实验前要平衡摩擦力C 细线在桌面上的部分应与长木板平行D 图中A B之间的距离x尽量小些 1 设加速度大小为a 则a与v及x间的关系式是 2 如果实验操作无误 四位同学根据实验数据做出了下列图象 其中哪一个是正确的 解析 1 小车做初速度为零的匀加速直线运动 由匀变速直线运动的速度 位移公式得v2 2ax 答案 1 v2 2ax 2 A 3 BC 2 2017 清远二模 在用DIS研究小车加速度与外力的关系时 某实验小组先用如图11a所示的实验装置 重物通过滑轮用细线拉小车 位移传感器 发射器 随小车一起沿倾斜轨道运动 位移传感器 接收器 固定在轨道一端 实验时将重物的重力作为拉力F 改变重物重力重复实验四次 列表记录四组数据 图11 1 在图c所示的坐标纸上作出小车加速度a随拉力F变化的图线 2 从所得图线分析该实验小组在操作过程中的不当之处 3 如果实验时 在小车和重物之间接一不计质量的微型力传感器来测量拉力F 实验装置如图b所示 从理论上分析 该实验图线的斜率将 填 变大 变小 或 不变 2 由图象可知 当小车拉力为零时 已经产生了加速度 故在操作过程中轨道的倾角过大 平衡摩擦力过度 解析 1 根据已知数据 画出小车加速度a和拉力F的关系图线如图所示 答案 1 见解析图 2 轨道倾角过大 或平衡摩擦力过度 3 变大 3 为了探究加速度与力 质量的关系 甲 乙 丙三位同学分别设计了如图12所示的实验装置 小车总质量用M表示 乙图中M包括小车与传感器 丙图中M包括小车和与小车固连的滑轮 钩码总质量用m表示 图12 1 为便于测量合外力的大小 并得到小车总质量一定时 小车的加速度与所受合外力成正比的结论 下列说法正确的是 A 三组实验中只有甲需要平衡摩擦力B 三组实验都需要平衡摩擦力C 三组实验中只有甲需要满足所挂钩码的总质量m远小于小车的总质量M的条件D 三组实验都需要满足所挂钩码的总质量m远小于小车的总质量M的条件 2 图丁是用图甲装置中打点计时器所打的纸带的一部分 O A B C D和E为纸带上六个计数点 加速度大小用a表示 则OD间的距离为 cm 图戊是根据实验数据绘出的s t2图线 s为各计数点至同一起点的距离 则加速度大小a m s2 保留3位有效数字 3 若乙 丙两位同学发现某次测量中力传感器和弹簧测力计读数相同 通过计算得到小车加速度均为a g为当地重力加速度 则乙 丙两位同学实验时所用小车总质量之比为 3 由于图乙 丙中力传感器示数与弹簧测力计示数相同 则丙中小车拉力是乙中的2倍 而小车加速度相同 由此可知乙 丙两位同学所用小车质量比为1 2 答案 1 BC 2 1 200 934 0 932 0 935均可 3 1 2