2019年高考物理一輪復(fù)習(xí) 實驗4 驗證牛頓第二定律課件 新人教版.ppt

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實驗4驗證牛頓第二定律 實驗溯本求源 實驗熱點探究 教師備用習(xí)題 課時鞏固訓(xùn)練 一 實驗?zāi)康? 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)寫紙片和紙帶 小車 小盤 重物 電磁打點計時器 天平 砝碼 細(xì)繩 薄木板 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)移動其位置 直至不掛盤和重物時小車剛好能在長木板上保持勻速直線運動為止 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 使小車運動 用紙帶記錄小車的運動情況 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 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 五 注意事項1 實驗方法 控制變量法 2 平衡摩擦力 在平衡摩擦力時 不要懸掛小盤 但小車應(yīng)連著紙帶且接通電源 用手給小車一個初速度 如果在紙帶上打出的點的間隔是均勻的 表明小車受到的阻力跟它的重力沿長木板向下的分力平衡 3 不重復(fù)平衡摩擦力 平衡了摩擦力后 不管以后是改變小盤和重物的總質(zhì)量還是改變小車和砝碼的總質(zhì)量 都不需要重新平衡摩擦力 4 實驗條件 M m 只有如此 小盤和重物的總重力才可視為小車受到的拉力 本實驗用小盤和重物的總重力mg代替小車所受的拉力 而實際上小車所受的拉力要小于小盤和重物的總重力 小盤和重物的總質(zhì)量越小于小車的質(zhì)量 由此引起的誤差就越小 因此 滿足小盤和重物的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量的目的就是減小因?qū)嶒炘聿煌晟贫鸬恼`差 2 摩擦力平衡不準(zhǔn)確 質(zhì)量測量不準(zhǔn)確 計數(shù)點間距測量不準(zhǔn)確 紙帶和細(xì)繩不嚴(yán)格與木板平行都會引起誤差 熱點一實驗原理與實驗操作 例1在用如圖S4 1甲所示的裝置做 驗證牛頓第二定律 的實驗時 保持小車質(zhì)量一定 驗證小車加速度a與合外力F的關(guān)系 乙 圖S4 1 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 墊木 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 220V 50Hz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 2 實驗中 需要平衡小車運動時的摩擦阻力 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動 B 小車放在木板上 后面固定一條紙帶 紙帶穿過打點計時器 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動 3 實驗中打出的一條紙帶如圖乙所示 其中0 1 2 3 4 5 6為計數(shù)點 且相鄰計數(shù)點之間有4個點未畫出 測得的數(shù)據(jù)為x1 1 40cm x2 1 90cm x3 2 38cm 則打點計時器打計數(shù)點2時 小車的速度v2 m s 4 根據(jù) 3 中的數(shù)據(jù) 在如圖丙所示的坐標(biāo)系中標(biāo)出打點計時器打出計數(shù)點2時的坐標(biāo)點 并描繪出小車運動的v t圖線 5 根據(jù)圖丙中的圖線 可以得出小車運動的加速度a 保留兩位有效數(shù)字 m s2 6 某一小組在實驗中 根據(jù)測得的數(shù)據(jù)描繪出a F圖像如圖丁所示 發(fā)現(xiàn)圖像既不過原點 末端又發(fā)生了彎曲 請你分析出現(xiàn)上述情況的可能原因 變式某實驗小組在做 驗證牛頓第二定律 實驗 1 在閉合開關(guān)之前 甲同學(xué)將實驗器材組裝成圖S4 2甲所示的裝置 請指出該裝置中的錯誤或不妥之處 只要答出其中的兩點即可 2 乙同學(xué)將上述裝置調(diào)整正確后進(jìn)行實驗 在實驗中得到如圖S4 2乙所示的一條紙帶 圖中相鄰兩計數(shù)點之間還有四個點沒有畫出 由圖中的數(shù)據(jù)可計算得小車加速度為m s2 保留兩位有效數(shù)字 電源頻率為50Hz 圖S4 2 特別提醒1 實驗原理本實驗利用盤及盤中重物通過細(xì)繩牽引小車做加速運動的方法研究加速度a與力F 質(zhì)量M的關(guān)系 實驗時采用控制變量法 共分兩步研究 第一步 保持小車的質(zhì)量不變 改變m的大小 測出相應(yīng)的a 驗證a與F的關(guān)系 第二步 保持m不變 改變M的大小 測出小車運動的加速度a 驗證a與M的關(guān)系 實驗應(yīng)測量的物理量有 1 小車及車上砝碼的總質(zhì)量M 用天平測出 2 小車受到的拉力F 拉力近似等于盤和重物的總重力mg 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 且細(xì)繩應(yīng)與木板平行 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 4 改變拉力或小車質(zhì)量后 每次開始時小車應(yīng)盡量靠近打點計時器 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 圖S4 4 變式 2016 全國卷 某物理課外小組利用圖S4 5 a 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 010kg 實驗步驟如下 圖S4 5 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 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 b 所示 由圖 b 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 c 中補(bǔ)齊數(shù)據(jù)點 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 8m s2 6 若以 保持木板水平 來代替步驟 1 下列說法正確的是 填入正確選項前的標(biāo)號 A a n圖線不再是直線B a n圖線仍是直線 但該直線不過原點C a n圖線仍是直線 但該直線的斜率變大 熱點三實驗拓展與創(chuàng)新 例3 2017 安徽六校測試 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 6甲所示的實驗裝置 水平桌面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并在兩端各懸掛總質(zhì)量為m的多個鉤碼 實驗中 小光每次由左側(cè)取下質(zhì)量為 m的鉤碼并掛至右側(cè) 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過的鉤碼質(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)作出如圖乙所示的a m圖像 1 根據(jù)上述設(shè)計 以下說法正確的是 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 但不平衡摩擦也可進(jìn)行實驗C 本實驗中必須要求小車質(zhì)量M mD 本實驗中不必要求小車質(zhì)量M m 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與移動的質(zhì)量 m間存在的關(guān)系為 圖S4 6 變式要測量兩個質(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 定滑輪 質(zhì)量和摩擦可忽略 砝碼一套 總質(zhì)量m 0 6kg 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 g取10m s2 1 實驗裝置如圖S4 7所示 設(shè)右邊沙袋A質(zhì)量為m1 左邊沙袋B的質(zhì)量為m2 圖S4 7 1 某同學(xué)設(shè)計了一個探究加速度與物體所受合力及質(zhì)量間關(guān)系的實驗 圖S4 3甲為實驗裝置圖 A為小車 B為打點計時器 C為裝有沙的沙桶 D為一端帶有定滑輪的長木板 實驗中認(rèn)為細(xì)繩對小車的拉力F等于沙和沙桶的總重力 小車運動的加速度a可由打點計時器在紙帶上打出的點求得 4 保持小車質(zhì)量不變 改變沙和沙桶質(zhì)量 該同學(xué)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出了加速度與合力F的關(guān)系圖像如圖丁所示 該圖線不通過原點 明顯超出偶然誤差范圍 其主要原因是 2 光電計時器是一種研究物體運動情況的常見儀器 當(dāng)有物體從光電門通過時 光電計時器就可以顯示物體的擋光時間 現(xiàn)利用如圖S4 5甲所示的裝置探究物體的加速度與合外力 質(zhì)量的關(guān)系 其中NQ是水平桌面 PQ是一端帶有滑輪的長木板 1 2是固定在木板上的兩個光電門 與之連接的兩個光電計時器沒有畫出 小車上固定著用于擋光的窄片K 測得其寬度為d 讓小車從木板的頂端滑下 光電門各自連接的計時器顯示窄片K的擋光時間分別為t1和t2 1 該實驗中 在改變小車的質(zhì)量M或重物的質(zhì)量m時 保持M m 這樣做的目的是 2 為了計算出小車的加速度 除了測量d t1和t2之外 還需要測量 若上述測量量用x表示 則用這些物理量計算加速度的表達(dá)式為a 3 某位同學(xué)經(jīng)過測量 計算得到如下表所示數(shù)據(jù) 請在圖乙中作出小車加速度與所受合外力的關(guān)系圖像 4 由圖像可以看出 該實驗存在著較大的誤差 產(chǎn)生誤差的主要原因是 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S4 8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 小車置于長木板上 并用細(xì)繩跨過定滑輪與托盤相連 小車右端連一條紙帶 通過打點計時器記錄其運動情況 開始時 托盤中放少許砝碼 釋放小車 通過紙帶記錄的數(shù)據(jù) 得到圖乙中圖線a 然后在托盤上添加一個質(zhì)量為m 0 05kg的砝碼 再進(jìn)行實驗 得到圖線b 已知小車與長木板間存在摩擦 在小車運動過程中 繩中的拉力近似等于托盤和所加砝碼的重力之和 g取10m s2 則 圖S4 8 1 通過圖像可以得出 先后兩次運動的加速度之比為 2 根據(jù)圖像 可計算小車的質(zhì)量為kg 2 如圖S4 9甲所示 某同學(xué)將力傳感器固定在小車上 然后把繩的一端固定在傳感器的掛鉤上 用來測量繩對小車的拉力 探究在小車及傳感器總質(zhì)量不變時加速度跟它們所受拉力的關(guān)系 圖S4 9 1 該同學(xué)將實驗器材如圖甲所示連接后 實驗時還需要注意什么 只需填一條注意事項 2 先接通電源 小車由靜止釋放 獲得的一條紙帶如圖乙 O A B C D和E為紙帶上六個計數(shù)點 O為運動時打的第一個點 則O D間的距離為cm 3 圖丙是根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出的s t2圖線 s為各計數(shù)點至點O的距離 則由此圖可算出加速度為m s2 保留兩位有效數(shù)字 3 利用如圖S4 10所示的裝置探究加速度與力的關(guān)系 一端帶有定滑輪的長木板固定在水平桌面上 另一端安裝打點計時器 繞過定滑輪和動滑輪的細(xì)線將小車和彈簧秤連接 動滑輪下掛有質(zhì)量可以改變的小重物 將紙帶穿過打點計時器后連在小車后面 接通電源 放開小車 不計滑輪的質(zhì)量 忽略滑輪的摩擦 圖S4 10 3 如果某次實驗中已測得小車的質(zhì)量為M 彈簧秤的示數(shù)為F 小車的加速度為a 利用這三個數(shù)據(jù)你還能求出與本次實驗相關(guān)的什么物理量的數(shù)據(jù) 并利用這些符號表示出來 寫出一個物理量及其表達(dá)式即可 重力加速度為g 4 2017 成都七中期中 某班級同學(xué)用如圖S4 12所示的裝置驗證加速度a和力F 質(zhì)量m的關(guān)系 甲 乙兩輛小車放在傾斜軌道上 小車甲上固定一個力傳感器 小車乙上固定一個加速度傳感器 力傳感器和小車乙之間用一根不可伸長的細(xì)線連接 在彈簧拉力的作用下兩輛小車一起開始運動 利用兩個傳感器可以采集記錄同一時刻小車乙受到的拉力和加速度的大小 圖S4 12 1 下列關(guān)于實驗裝置和操作的說法中正確的是 A 軌道傾斜是為了平衡小車甲受到的摩擦力B 軌道傾斜是為了平衡小車乙受到的摩擦力C 實驗中 在小車乙向下運動的過程中均可采集數(shù)據(jù)D 實驗中 只能在小車乙加速運動的過程中采集數(shù)據(jù) 2 四個實驗小組選用的小車乙 含加速度傳感器 的質(zhì)量分別為m1 0 5kg m2 1 0kg m3 1 5kg和m4 2 0kg 其中有三個小組已經(jīng)完成了a F圖像 如圖S4 13所示 最后一個小組的實驗數(shù)據(jù)如下表所示 請在圖中完成該組的a F圖線 圖S4 13 3 在驗證了a和F的關(guān)系后 為了進(jìn)一步驗證a和m的關(guān)系 可直接利用圖甲的四條圖線收集數(shù)據(jù) 然后作圖 請寫出具體的做法 為了更直觀地驗證a和m的關(guān)系 建立的坐標(biāo)系應(yīng)以為縱軸 以為橫軸 如何收集數(shù)據(jù) 5 如圖S4 14甲所示為阿特武德機(jī)的示意圖 它是早期測量重力加速度的器械 由英國數(shù)學(xué)家和物理學(xué)家阿特武德于1784年制成 他將質(zhì)量同為M 已知量 的重物用繩連接后 放在光滑的輕質(zhì)滑輪上 處于靜止?fàn)顟B(tài) 再在一個重物上附加一質(zhì)量為m的小重物 這時 由于小重物的重力而使系統(tǒng)做初速度為零的緩慢加速運動并測出加速度 完成一次實驗后 換用不同質(zhì)量的小重物 重復(fù)實驗 測出不同m時系統(tǒng)的加速度 圖S4 14 1 若選定如圖甲左側(cè)重物從靜止開始下落的過程進(jìn)行測量 則為了測出重力加速度需要直接測量的物理量有 A 小重物的質(zhì)量mB 大重物質(zhì)量MC 繩子的長度D 重物下落的距離及下落這段距離所用的時間 2 經(jīng)過多次重復(fù)實驗 得到多組a m數(shù)據(jù) 作出圖像 如圖乙所示 已知該圖像斜率為k 縱軸截距為b 則可求出當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭 并可求出大重物質(zhì)量M 6 2018 湖南衡山段考 甲同學(xué)用圖S4 15 所示裝置測量重物的質(zhì)量M 初始時吊盤上放有5個槽碼 吊盤與每個槽碼的質(zhì)量均為m0 M 6m0 在吊盤下固定紙帶 讓其穿過打點計時器 先調(diào)整重物的高度 使其從適當(dāng)?shù)奈恢瞄_始下落 打出紙帶 測得其下落的加速度 再從左側(cè)吊盤依次取下一個槽碼放到右側(cè)重物上 讓重物每次都從適當(dāng)?shù)母叨乳_始下落 測出加速度 描繪出重物下落的加速度a與加在其上的槽碼個數(shù)n的關(guān)系圖線 根據(jù)圖線計算出重物的質(zhì)量M 請完成下面填空 1 某次實驗獲得的紙帶如圖S4 15 則紙帶的 選填 左端 或 右端 與吊盤相連 若已知紙帶上相鄰兩計數(shù)點間還有4個點未畫出 且s1 1 60cm s2 2 09cm s3 2 60cm s4 3 12cm s5 3 60cm s6 4 08cm 則a m s2 保留2位有效數(shù)字 電源頻率為50Hz 2 重物下落的加速度a與加在其上的槽碼個數(shù)n的關(guān)系圖線可能是圖S4 16中的 填字母代號 圖S4 15 圖S4 16 3 若算出a n圖線的斜率為k 則計算重物質(zhì)量的表達(dá)式為M 用k m0 g等表示 4 乙同學(xué)說直接讓重物拉著左邊5個槽碼下落 測出加速度 一次就可算出M的值了 乙同學(xué)的說法 選填 對 或 錯 與乙相比 甲同學(xué)做法的優(yōu)點是