高考物理一轮总复习《实验验证牛顿运动定律》.ppt

实验四 验证牛顿运动定律,1实验原理 应用的基本方法是控制变量法，即先控制一个参量小车的质量M不变，讨论加速度a与力F的关系，再控制砝码和小盘的质量不变，即力F不变，改变小车质量M，讨论加速度a与M的关系 2实验器材 打点计时器、纸带、复写纸片、小车、一端附有定滑轮的长木板、小盘、砝码、夹子、细绳、低压交流电源、导线、天平(带有一套砝码)、刻度尺,实验要求,3实验步骤 (1)用天平测量小盘的质量m0和小车的质量M0. (2)把实验器材安装好，只是不把悬挂小盘的细绳系在小车上(即不给小车牵引力) (3)平衡摩擦力：在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木块，反复移动薄木块的位置，直至小车在斜面上运动时可以保持匀速运动状态,(4)把细绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂小盘，小盘里放砝码，先接通电源再放开小车，打点计时器在纸带上打下一系列的点计算小盘和砝码的重力，在小盘和砝码的质量远小于小车质量的条件下，可以认为等于小车所受的合外力，由纸带计算出小车的加速度 (5)改变小盘内砝码的个数，重复步骤(4)，并多做几次 (6)保持小盘内的砝码个数不变，在小车上放上砝码改变小车的质量，让小车在木板上滑动打出纸带计算砝码和小车的总质量M，并由纸带计算出小车对应的加速度 (7)改变小车上砝码的个数，重复步骤(6),方法规律,1实验原理的理解 (1)平衡木块摩擦力后，细绳的拉力即为木块的合外力 (2)只有满足砝码桶及桶内砝码的总质量远小于木块和木块上砝码的总质量时，细绳的拉力才近似等于砝码桶及桶内砝码的总重力,考点1 实验考查,例1 某实验小组利用图示的装置探究加速度与力、质量的关系,(1)下列做法正确的是 _ (填字母代号) A调节滑轮的高度，使牵引木块的细绳与长木板保持平行 B在调节木板倾斜度平衡木块受到的滑动摩擦力时，将装有砝码的砝码桶通过定滑轮拴在木块上 C实验时，先放开木块再接通打点计时器的电源 D通过增减木块上的砝码改变质量时，不需要重新调节木板倾斜度 (2)为使砝码桶及桶内砝码的总重力在数值上近似等于木块运动时受到的拉力，应满足的条件是砝码桶及桶内砝码的总质量_木块和木块上砝码的总质量(填“远大于”“远小于”或“近似等于”),(3)甲、乙两同学在同一实验室，各取一套图示的装置放在水平桌面上，木块上均不放砝码，在没有平衡摩擦力的情况下，研究加速度a与拉力F的关系，分别得到图中甲、乙两条直线设甲、乙用的木块质量分别为m甲，m乙，甲、乙用的木块与木板间的动摩擦因数分别为甲，乙，由图可知，m甲 _m乙 ，甲 _乙(填“大于”“小于”或“等于”),思路剖析：(1)若使细绳拉力等于木块的合外力，需要满足什么条件？(2)若砝码的重力近似等于细绳的拉力，需要满足什么条件？ 【答案】(1)AD (2)远小于 (3)小于 大于,练1 (2016年武汉模拟)用图甲所示的实验装置验证牛顿第二定律： (1)某同学通过实验得到如图乙所示的aF图象，造成这一结果的原因是：在平衡摩擦力时木板与水平桌面间的倾角_(填“偏大”或“偏小”) (2)该同学在平衡摩擦力后进行实验，实际小车在运动过程中所受的拉力_砝码和盘的总重力(填“大于”“小于”或“等于”)，为了便于探究、减小误差，应使小车质量M与砝码和盘的总质量m满足_的条件,甲 乙,(3)某同学得到如图丙所示的纸带已知打点计时器电源频率为50 Hz.A，B，C，D，E，F，G是纸带上7个连续的点ssDGsAD_cm.由此可算出小车的加速度a_m/s2(结果保留2位有效数字) 【答案】(1)偏大 (2)小于 Mm (3)1.80 5.0,丙,1实验中，若用砝码的重力代替绳子的拉力，需要满足mM. 2aF图象不过原点的原因是平衡摩擦没有做好，但仍是直线 3aF图线发生弯曲的原因是不满足mM.,考点2 实验拓展与创新,例2 如图所示的实验装置可以验证牛顿运动定律，小车上固定一个盒子，盒子内盛有沙子沙桶的总质量(包括桶以及桶内沙子质量)记为m，小车的总质量(包括车、盒子及盒内沙子质量)记为M.,(1)验证在质量不变的情况下，加速度与合力成正比从盒子中取出一些沙子，装入沙桶中，称量并记录沙桶的总重力mg，将该力视为合力F，对应的加速度a则从打下的纸带中计算得出多次改变合力F的大小，每次都会得到一个相应的加速度本次实验中，桶内的沙子取自小车中，故系统的总质量不变以合力F为横轴，以加速度a为纵轴，画出aF图象，图象是一条过原点的直线 aF图象斜率的物理意义是：_. 你认为把沙桶的总重力mg当作合力F是否合理？ 答：_.(填“合理”或“不合理”) 本次实验中，是否应该满足Mm这样的条件？ 答：_(填“是”或“否”)；理由是_,(2)验证在合力不变的情况下，加速度与质量成反比保持桶内沙子质量m不变，在盒子内添加或去掉一些沙子，验证加速度与质量的关系本次实验中，桶内的沙子总质量不变，故系统所受的合力不变用图象法处理数据时，以加速度a为纵轴，应该以_的倒数为横轴 思路剖析：将研究对象小车转移为小车与沙桶组成的系统进行研究，这与教材上仅仅把小车作为研究对象是不同的,练2 某探究学习小组的同学要验证“牛顿第二定律”，他们在实验室组装了一套如图所示的装置，水平轨道上安装两个光电门，小车上固定有力传感器和挡光板，细线一端与力传感器连接，另一端跨过定滑轮挂上砝码盘实验首先保持轨道水平，通过调整砝码盘里砝码的质量让小车做匀速运动以实现平衡摩擦力，再进行后面的操作，并在实验中获得以下测量数据：小车、力传感器和挡光板的总质量M，平衡摩擦力时砝码和砝码盘的总质量m0，挡光板的宽度d，光电门1和2的中心距离s.,1该实验的创新点是研究对象的变化，即以小车和沙桶组成的系统为研究对象，使实验原理更加完善，减小了系统误差 2由于系统所受合力Fmg，因此aF图象为直线，不发生弯曲,热点题组一 实验考查 1(2017年东北师大附中月考)某次“探究加速度a跟物体所受合力F和质量m的关系”实验如下,模拟精选 组合专练,甲,乙,(1)上图甲所示为实验装置图图乙为某次实验得到的一段纸带，计数点A，B，C，D，E间的时间间隔为0.1 s，根据纸带可求出小车的加速度大小为_m/s2(结果保留2位有效数字) (2)保持小车质量不变，改变沙和沙桶质量，进行多次测量根据实验数据做出了加速度a随拉力F的变化图线，如图丙所示图中直线没有通过原点，其主要原因是_,丙,丁,【答案】(1)0.43 (2)实验前未平衡摩擦力(或平衡摩擦力不充分) (3)a.见解析图 b图线为一条过原点的直线，表明在合外力一定时，加速度跟质量成反比,热点题组二 实验拓展与创新 2(2016年青岛模拟)某实验小组在“探究加速度与物体受力的关系”实验中，设计出如下的实验方案，其实验装置如图所示已知小车质量M214.6 g，砝码盘质量m07.8 g，所使用的打点计时器交流电频率f50 Hz.其实验步骤是：,A按图中所示安装好实验装置； B调节长木板的倾角，轻推小车后，使小车能沿长木板向下做匀速运动； C取下细绳和砝码盘，记下砝码盘中砝码的质量m； D将小车置于打点计时器旁，先接通电源，再放开小车，打出一条纸带，由纸带求得小车的加速度a； E重新挂上细绳和砝码盘，改变砝码盘中砝码的质量，重复BD步骤，求得小车在不同合外力F作用下的加速度,回答下列问题： (1)按上述方案做实验，是否要