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1、實驗四 驗證牛頓第二定律,實驗溯本求源實驗熱點(diǎn)探究課時鞏固訓(xùn)練教師備用習(xí)題,一、實驗?zāi)康?1.學(xué)會用法探究加速度a與力F、質(zhì)量M的關(guān)系. 2.掌握利用處理問題的方法. 二、實驗原理 本實驗中,探究加速度a與力F、質(zhì)量M的關(guān)系,可以先保持不變,研究a和M的關(guān)系,再保持M不變,研究a和F的關(guān)系.,,控制變量,圖像,F,三、實驗器材 一端有定滑輪的長木板、、復(fù)寫紙和紙帶、小車、小盤、重物、電磁打點(diǎn)計時器、天平、砝碼、刻度尺、導(dǎo)線. 四、實驗步驟 1.用天平測出小車的質(zhì)量M和盤的質(zhì)量m0,把數(shù)值記錄下來. 2.把實驗器材安裝好. 3.平衡摩擦力:在長木板的不帶滑輪的一端下面墊上一塊薄木板,反復(fù)移動其位
2、置,直至不掛盤和重物時小車剛好能在斜面上保持勻速直線運(yùn)動為止.,,低壓交流電源,,4.將盤和重物通過細(xì)繩系在小車上,接通電源,放開小車,使小車運(yùn)動,用紙帶記錄小車的運(yùn)動情況,取下紙帶,并在紙帶上標(biāo)上號碼. 5.保持小車的質(zhì)量不變,改變盤中重物的質(zhì)量,重復(fù)步驟4,每次記錄必須在相應(yīng)的紙帶上做上標(biāo)記,將記錄的數(shù)據(jù)填寫在表格內(nèi). 6.建立坐標(biāo)系,用縱坐標(biāo)表示加速度,橫坐標(biāo)表示力,在坐標(biāo)系中描點(diǎn),畫出相應(yīng)的圖線,探究a與F的關(guān)系. 7.保持盤和重物的質(zhì)量不變,改變小車的質(zhì)量(在小車上增減砝碼),探究a與M的關(guān)系.,,,熱點(diǎn)一實驗原理與實驗操作,,例1 在用如圖S4-1所示的裝置做“驗證牛頓第二定律”的
3、實驗中,保持小車質(zhì)量一定時,驗證小車加速度a與合外力F的關(guān)系. (1)除了電火花計時器、紙帶、刻度尺、 小車、砝碼、拴有細(xì)線的砝碼盤、附 有定滑輪的長木板、墊塊、導(dǎo)線及開 關(guān)外,在下列器材中還必須使用的 有(填選項前的字母). A.220 V、50 Hz的交流電源 B.電壓可調(diào)的直流電源 C.秒表 D.天平(附砝碼),,,圖S4-1,,(2)實驗中,需要平衡小車運(yùn)動時的摩擦阻力,正確的做法是(填選項前的字母). A.小車放在木板上,把木板一端墊高,調(diào)節(jié)木板的傾斜程度,使小車在不受繩的拉力時沿木板做勻速直線運(yùn)動 B.小車放在木板上,后面固定一條紙帶,紙帶穿過打點(diǎn)計時器,把木板一端墊高,調(diào)節(jié)木
4、板的傾斜程度,使小車在不受繩的拉力時能拖動紙帶沿木板做勻速直線運(yùn)動 C.小車放在木板上,掛上砝碼盤,砝碼盤內(nèi)不放砝碼,把木板一端墊高,調(diào)節(jié)木板的傾斜程度,使小車在砝碼盤的作用下沿木板做勻速直線運(yùn)動 D.小車放在木板上,掛上砝碼盤,砝碼盤內(nèi)放入本次實驗所需的砝碼,把木板一端墊高,調(diào)節(jié)木板的傾斜程度,使小車在砝碼盤和砝碼的作用下沿木板做勻速直線運(yùn)動,,,,,,,答案 (1)AD(2)B,解析 (1)除了電火花計時器、紙帶、刻度尺、小車、砝碼、拴有細(xì)線的砝碼盤、附有定滑輪的長木板、墊塊、導(dǎo)線及開關(guān)外,還必須使用220 V、50 Hz的交流電源和天平(附砝碼). (2)實驗中平衡小車運(yùn)動時的摩擦阻力的
5、正確做法是:小車放在木板上,后面固定一條紙帶,紙帶穿過打點(diǎn)計時器,把木板一端墊高,調(diào)節(jié)木板的傾斜程度,使小車在不受繩的拉力時能拖動紙帶沿木板做勻速直線運(yùn)動.,,變式題 為了探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系,甲、乙、丙三位同學(xué)分別設(shè)計了如圖S4-2所示的實驗裝置,小車質(zhì)量用M表示(乙圖中M包括小車與傳感器,丙圖中M包括小車和與小車固連的滑輪),鉤碼總質(zhì)量用m表示.,,,,,,圖S4-2,,(1)為便于測量合外力的大小,并得到“小車質(zhì)量一定時,小車的加速度與所受合外力成正比”的結(jié)論,下列說法正確的是(填選項前的字母). A.三組實驗中只有甲同學(xué)的實驗需要平衡摩擦力 B.三組實驗都需要平衡摩擦力 C.三組
6、實驗中只有甲同學(xué)的實驗需要滿足所掛鉤碼的總質(zhì)量m遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量M的條件 D.三組實驗都需要滿足所掛鉤碼的總質(zhì)量m遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量M的條件,,,,,,,,,,,,,,,,答案 (1)BC(2)1212,解析 (1)本實驗的目的是探究加速度與合力、質(zhì)量的關(guān)系,必須平衡摩擦力才能滿足繩對小車的拉力等于小車受到的合力,所以三組實驗都需要平衡摩擦力.甲同學(xué)實驗中,繩的拉力是用鉤碼的重力替代的,因小車與鉤碼具有大小相等的加速度,所以繩的拉力小于鉤碼的重力,只有在鉤碼的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量時,繩的拉力才近似等于鉤碼的重力,甲同學(xué)實驗中必須滿足鉤碼的總質(zhì)量m遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量M的條件;乙同學(xué)實驗中繩的拉力用力
7、傳感器測出,不需要滿足鉤碼的總質(zhì)量m遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量M的條件;丙同學(xué)實驗中小車受到的拉力等于彈簧測力計示數(shù)的2倍,不需要滿足鉤碼的質(zhì)量m遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量M的條件,選項B、C正確.,,,,, 要點(diǎn)總結(jié),,(1)在本實驗中,必須平衡摩擦力,在平衡摩擦力時,不要把盤和重物系在小車上,即不要給小車加任何牽引力,并要讓小車拖著打點(diǎn)的紙帶運(yùn)動. (2)安裝器材時,要調(diào)整滑輪的高度,使拴小車的細(xì)繩與長木板平行,且連接盤和重物應(yīng)在平衡摩擦力之后. (3)改變小車的質(zhì)量或拉力的大小時,改變量應(yīng)盡可能大一些,但應(yīng)滿足盤和重物的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車和車上砝碼的總質(zhì)量.盤和重物的總質(zhì)量不超過小車和車上砝碼總質(zhì)量的10%.
8、 (4)改變拉力和小車質(zhì)量后,每次開始時小車應(yīng)盡量靠近打點(diǎn)計時器,并應(yīng)先接通電源,再放開小車,且應(yīng)在小車到達(dá)滑輪處前按住小車.,熱點(diǎn)二數(shù)據(jù)處理與誤差分析,,,,,,,,,,,,,,例2 2018湖南張家界三模 某同學(xué)設(shè)計了一個實驗探究保持物體所受的合外力不變情況下加速度a與物體質(zhì)量m的關(guān)系,如圖S4-3甲所示為實驗裝置簡圖.設(shè)沙和沙桶的總質(zhì)量為m,改變小車的質(zhì)量M,研究小車的加速度a和質(zhì)量M之間的關(guān)系.在平衡摩擦力之后,打點(diǎn)計時器打出的某一條紙帶如圖乙所示,已知打點(diǎn)計時器所用的交流電的頻率為f.試解答下列問題:,,,,圖S4-3,,,,,,,,,,,,,,,,變式題 2016全國卷 某物理課外
9、小組利用圖S4-4中的裝置探究物體加速度與其所受合外力之間的關(guān)系.圖中,置于實驗臺上的長木板水平放置,其右端固定一輕滑輪;輕繩跨過滑輪,一端與放在木板上的小滑車相連,另一端可懸掛鉤碼.本實驗中可用的鉤碼共有N=5個,每個質(zhì)量均為0.010 kg.實驗步驟如下: (1)將5個鉤碼全部放入小車中,在長木板左下方墊 上適當(dāng)厚度的小物塊,使小車(和鉤碼)可以在木板 上勻速下滑.,,,,,圖S4-4,,,,,,,,(2)將n(依次取n=1,2,3,4,5)個鉤碼掛在輕繩右端,其余N-n個鉤碼仍留在小車內(nèi);用手按住小車并使輕繩與木板平行.釋放小車,同時用傳感器記錄小車在時刻t相對于其起始位置的位移s,繪制
10、s-t圖像,經(jīng)數(shù)據(jù)處理后可得到相應(yīng)的加速度a. (3)對應(yīng)于不同的n的a值見下表.n=2時的s-t圖像如圖S4-5所示;由圖求出此時小車的加速度(保留2位有效數(shù)字),將結(jié)果填入下表.,,,,,,,,(4)利用表中的數(shù)據(jù)在圖S4-6中補(bǔ)齊數(shù)據(jù)點(diǎn),并作出a-n圖像.從圖像可以看出:當(dāng)物體質(zhì)量一定時,物體的加速度與其所受的合外力成正比. (5)利用a-n圖像求得小車(空載)的質(zhì)量為 kg.(保留2位有效數(shù)字,重力加速度g取9.8 m/s2),,圖S4-5,,圖S4-6,,,,,,,,(6)若以“保持木板水平”來代替步驟(1),下列說法正確的是 (填選項前的字母). A.a-n圖線不再是直線 B.a-
11、n圖線仍是直線,但該直線不過原點(diǎn) C.a-n圖線仍是直線,但該直線的斜率變大,,,,,,,答案 (3)0.39(0.370.49均可)(4)a-n圖線如圖所示 (5)0.45(0.430.47均可)(6)BC,,,,,,,,, 要點(diǎn)總結(jié),,(1)a-F圖線分析:“驗證牛頓第二定律”實驗得到的理想a-F圖像應(yīng)是一條過原點(diǎn)的直線,但由于實驗誤差影響,常出現(xiàn)如圖S4-7所示的三種情況(說明見下表).,,圖S4-7,,,,,熱點(diǎn)三實驗拓展與創(chuàng)新,,例3 2018寧夏石嘴山一模 如圖S4-8甲所示是某同學(xué)探究加速度與力的關(guān)系的實驗裝置.他在氣墊導(dǎo)軌上安裝了一個光電門B,滑塊上固定一遮光條,滑塊用細(xì)線繞過
12、氣墊導(dǎo)軌左端的定滑輪與力傳感器相連,傳感器下方懸掛鉤碼,每次滑塊都從A處由靜止釋放.,,,,,圖S4-8,,(1)該同學(xué)用游標(biāo)卡尺測量遮光條的寬度d,如圖乙所示,則d=mm. (2)下列實驗要求中不必要的是(填選項前的字母). A.應(yīng)使A位置與光電門間的距離適當(dāng)大些 B.應(yīng)將氣墊導(dǎo)軌調(diào)節(jié)水平 C.應(yīng)使細(xì)線與氣墊導(dǎo)軌平行 D.應(yīng)使滑塊質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼和力傳感器的總質(zhì)量,,,,,,,,,,,,,,,,,,,變式題 2018江西師大附中模擬 為了探究加速度與力的關(guān)系,某同學(xué)設(shè)計了如圖S4-9所示的實驗裝置,帶滑輪的長木板水平放置,板上有兩個光電門,相距為d,滑塊通過細(xì)繩與重物相連,細(xì)繩的拉力F大小等于
13、力傳感器的示數(shù).讓滑塊從光電門1處由靜止釋放,記下滑到光電門2處的時間t.改變重物質(zhì)量來改變細(xì)繩拉力大小,重復(fù)以上操作5次,得到下表中5組數(shù)據(jù).,,,,,圖S4-9,,,,,根據(jù)表中數(shù)據(jù)在圖S4-10的坐標(biāo)紙上畫出a-F圖像,由圖像可得滑塊質(zhì)量m= kg,滑塊和軌道間的動摩擦因數(shù)=.(g取10 m/s2,均保留兩位有效數(shù)字),,,,,圖S4-10,,,,, 要點(diǎn)總結(jié),,通過改變實驗條件、實驗儀器來設(shè)計題目,不脫離教材而又不拘泥于教材,體現(xiàn)開放性、探究性、設(shè)計性等特點(diǎn). 視角1實驗器材的改進(jìn):用氣墊導(dǎo)軌替代長木板. 視角2數(shù)據(jù)處理方法的改進(jìn):小車的加速度可以利用傳感器,借助于計算機(jī)來處理. 視角
14、3以本實驗為背景,結(jié)合牛頓第二定律,測量阻力或兩接觸面間的動摩擦因數(shù).,,,,,1.2018廈門外國語學(xué)校模擬 為了進(jìn)行“驗證牛頓第二定律”的實驗,現(xiàn)提供如圖S4-11甲所示的實驗裝置.,,,,,,圖S4-11,,,,,(1)為了消除小車與水平木板之間的摩擦力的影響,應(yīng)采取的做法是(填選項前的字母). A.將木板不帶滑輪的一端適當(dāng)墊高,使小車在鉤碼拉動下恰好做勻速運(yùn)動 B.將木板帶滑輪的一端適當(dāng)墊高,使小車在鉤碼拉動下恰好做勻速運(yùn)動 C.將木板不帶滑輪的一端適當(dāng)墊高,在不掛鉤碼的情況下使小車恰好做勻速運(yùn)動 D.將木板不帶滑輪的一端適當(dāng)墊高,在不掛鉤碼的情況下使小車能夠靜止在木板上 (2)有一組
15、同學(xué)保持小車及車中的砝碼質(zhì)量一定,研究加速度a與所受外力F的關(guān)系,他們在軌道水平和傾斜兩種情況下分別做了實驗,得到了兩條a-F圖線,如圖乙所示.圖線(選填“”或“”)是在軌道傾斜情況下得到的;小車及車中砝碼的總質(zhì)量m= kg.,,,,,,,,,,,,,,2.2018廣東佛山二檢 如圖S4-12所示是研究加速度與合外力的關(guān)系的實驗裝置,力傳感器固定在小車上,細(xì)線與力傳感器相連. (1)關(guān)于該實驗,下列說法正確的是(填選項前的字母). A.做實驗之前必須平衡摩擦力 B.小車的質(zhì)量必須比所掛鉤碼的質(zhì)量大得多 C.應(yīng)調(diào)節(jié)定滑輪的高度使細(xì)線與木板平行 D.實驗開始時,小車最好離打點(diǎn)計時器遠(yuǎn)一點(diǎn),,,,,
16、圖S4-12,,,,,(2)實驗中應(yīng)(選填“改變”或“不改變”)實驗小車的質(zhì)量,(選填“改變”或“不改變”)鉤碼的個數(shù),測定紙帶上點(diǎn)跡的間距,計算對應(yīng)的加速度,同時記錄,通過數(shù)據(jù)的分析,尋找加速度與合外力間的關(guān)系.,,,,,,,,,,,,,3.2018云南師大附中模擬 某同學(xué)采用如圖S4-13甲所示的裝置探究“物體質(zhì)量一定時,其加速度與合外力的關(guān)系”.,,,,,,,,圖S4-13,,,,,(1)某同學(xué)由打點(diǎn)計時器得到表示小車運(yùn)動過程的一條清晰紙帶如圖乙所示,紙帶上相鄰兩計數(shù)點(diǎn)的時間間隔為T=0.10 s,其中s1=7.05 cm,s2=7.68 cm,s3=8.33 cm,s4=8.95 cm
17、,s5=9.61 cm,s6=10.26 cm. 下表列出了打點(diǎn)計時器打下B、C、E、F時小車的瞬時速度,請在表中填入打點(diǎn)計時器打下D點(diǎn)時小車的瞬時速度.,,,,,,,,,,,(2)請以A點(diǎn)為計時起點(diǎn),在圖S4-14中畫出小車的速度時間關(guān)系圖線. (3)根據(jù)你畫出的小車的速度時間關(guān)系圖線計算出小車加速度a= m/s2.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字),,,,,,,,圖S4-14,,,,,(4)該同學(xué)最終所得小車運(yùn)動的a-F圖線如圖S4-15所示,從圖中我們可以看出圖線是一條過原點(diǎn)的直線,根據(jù)該圖線,下列判斷錯誤的是(填選項前的字母). A.本實驗中小車的質(zhì)量一定時,其加速度與所受合外力成正比 B.小車
18、的加速度可能大于重力加速度 C.可以確定小車的質(zhì)量約為0.50 kg D.實驗中配重的質(zhì)量m遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量M,,,,,,,,圖S4-15,,,,,,,,,,,,,,,,,4.2018河北衡水中學(xué)模擬 如圖S4-16甲所示是某同學(xué)測量重力加速度的裝置.他將質(zhì)量均為M的兩個重物用輕繩連接,輕繩跨過光滑的輕質(zhì)滑輪,系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài).該同學(xué)在左側(cè)重物上附加一質(zhì)量為m的小重物,由于小重物的重力作用而使系統(tǒng)做初速度為零的緩慢加速運(yùn)動,該同學(xué)用某種辦 法測出系統(tǒng)運(yùn)動的加速度并記錄下來.完成一次 實驗后,換用不同質(zhì)量的小重物,并多次重復(fù)實驗, 測出不同m時系統(tǒng)的加速度a并做好記錄.,,,,,,,,圖S4-1
19、6,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,5.在一端帶有定滑輪的足夠長的水平木板上,小周用物體A、B分別探究了加速度隨所受拉力變化的關(guān)系,實驗裝置如圖S4-17甲所示(圖中打點(diǎn)計時器和紙帶未畫出).實驗過程中小周用不同的重物P分別掛在光滑的輕質(zhì)動滑輪上,使平行于長木板的細(xì)繩分別拉動長木板上的物體A、B由靜止開始加速運(yùn)動(紙帶與打點(diǎn)計時器之間的阻力及空氣阻力可忽略).實驗后進(jìn)行 數(shù)據(jù)處理,小周得到了物體A、B的加速 度a與輕質(zhì)彈簧測力計彈力F的關(guān)系圖 線分別如圖乙中的A、B所示.,,,,,,,,,圖S4-17,,,,,(1)由圖甲判斷,下列說法正確的是(填選項前的字母). A.彈簧測力計示數(shù)等
20、于物體受到的拉力大小 B.實驗時應(yīng)先接通打點(diǎn)計時器電源,后釋放物體 C.實驗中重物P的質(zhì)量應(yīng)遠(yuǎn)小于物體的質(zhì)量 D.彈簧測力計的示數(shù)始終為重物P的重力大小的一半 (2)小周仔細(xì)分析了圖乙中兩條線不重合的原因,得出結(jié)論:兩個物體的質(zhì)量不相等,且mA(選填“大于”“等于”或“小于”)mB;兩物體與木板之間的動摩擦因數(shù)A (選填“大于”“等于”或“小于”)B.,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,6.為了驗證牛頓第二定律中加速度與力的關(guān)系,小光同學(xué)設(shè)計了如圖S4-18所示的實驗裝置.水平桌面上放置帶有加速度傳感器的總質(zhì)量為M的小車,車的兩端由輕質(zhì)細(xì)線繞過桌面兩端滑輪分別連接總質(zhì)量為m的多個鉤碼.實
21、驗中,小光每次由左側(cè)取下質(zhì)量為m的鉤碼并掛至右側(cè)鉤碼下方,將小車由靜止釋放,利用傳感器測量小車加速度并逐次記錄移動的鉤碼 質(zhì)量和相應(yīng)加速度值.根據(jù)多次實 驗得出的數(shù)據(jù),小光同學(xué)作出的a -m圖像如圖S4-19所示.,,,,,,,,,,圖S4-18,圖S4-19,,,,,(1)根據(jù)上述設(shè)計,以下說法正確的是(填選項前的字母). A.由于系統(tǒng)存在摩擦,實驗中必須先平衡摩擦力,才能繼續(xù)進(jìn)行實驗 B.本實驗中雖存在摩擦力影響,但無須平衡摩擦力也可進(jìn)行實驗 C.本實驗中必須要求Mm D.本實驗中無須要求Mm (2)利用實驗中作出的a-m圖像,可以分析出系統(tǒng)摩擦力大小為,加速度a與移動的鉤碼質(zhì)量m間存在的
22、關(guān)系為.,,,,,,,,,,,,,,,,,,7.要測量兩個質(zhì)量不等的沙袋的質(zhì)量,由于沒有直接的測量工具,某實驗小組選用下列器材:輕質(zhì)定滑輪(質(zhì)量和摩擦可忽略)、砝碼一套(總質(zhì)量m=0.6 kg)、細(xì)線、刻度尺、秒表.他們根據(jù)已學(xué)過的物理學(xué)知識,改變實驗條件進(jìn)行多次測量,選擇合適的變量得到線性關(guān)系,作出圖線并根據(jù)圖線的斜率和截距 求出沙袋的質(zhì)量.請完成下列步驟: (1)實驗裝置如圖S4-20所示,設(shè)右邊沙袋A的質(zhì)量為m1,左邊 沙袋B的質(zhì)量為m2. (2)取出質(zhì)量為m的砝碼放在右邊沙袋中,剩余砝碼都放在 左邊沙袋中,發(fā)現(xiàn)A下降,B上升.(左、右兩側(cè)砝碼的總質(zhì)量 始終不變),,,,,,,,,,,圖
23、S4-20,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,1.在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實驗中,某同學(xué)利用如圖甲所示的實驗裝置,將一端帶滑輪的長木板固定在水平桌面上,滑塊置于長木板上,并用細(xì)繩跨過定滑輪與托盤相連,滑塊右端連一條紙帶,通過打點(diǎn)計時器記錄其運(yùn)動情況.開始時,托盤中放少許砝碼,釋放滑塊,通過紙帶記錄的數(shù)據(jù),得到圖乙中的圖線a.然后在托盤上添加一個質(zhì)量為m=0.05 kg的 砝碼,再進(jìn)行實驗,得到圖乙 中的圖線b.已知滑塊與長木 板間存在摩擦,在滑塊運(yùn)動 過程中,繩中的拉力近似等 于托盤和所加砝碼的重力之和,g取10 m/s2.,,,,,,,,,,,,,,(1)通過圖像可以得出,
24、先后兩次運(yùn)動的加速度之比為. (2)根據(jù)圖像可計算出滑塊的質(zhì)量為 kg.,,,,,,,,,,,,,,,2.如圖所示為“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實驗裝置圖,利用數(shù)字化信息系統(tǒng)獲得了小車加速度a與鉤碼的質(zhì)量及小車和砝碼的總質(zhì)量對應(yīng)關(guān)系.鉤碼的質(zhì)量為m1,小車和砝碼的總質(zhì)量為m2,重力加速度為g.,,,,,,,,,,,(2)實驗時,某同學(xué)由于疏忽,遺漏了平衡摩擦力這一步驟,測得F=m1g,作出a-F圖像,他可能作出的是圖中(選填“甲”“乙”或“丙”)圖線.此圖線的AB段明顯偏離直線,造成此誤差的主要原因是(填選項前的字母). A.小車與軌道之間存在摩擦 B.導(dǎo)軌保持了水平狀態(tài) C.鉤碼的質(zhì)量太大 D.所用小車和砝碼的總質(zhì)量太大,,,,,,,,,,,,,
（通用版）2020高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第3單元 牛頓運(yùn)動定律 實驗四 驗證牛頓第二定律課件 新人教版.ppt
