优化方案高考物理大一轮复习 第三章 实验四 验证牛顿运动定律高效演练.doc

实验四验证牛顿运动定律学生用书p51一、实验目的1学会用控制变量法研究物理规律2探究加速度与力、质量的关系3掌握灵活运用图象处理问题的方法二、实验原理(见实验原理图)1保持质量不变，探究加速度跟合外力的关系2保持合外力不变，探究加速度与质量的关系3作出af图象和a图象，确定其关系三、实验器材小车、砝码、小盘、细绳、附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、低压交流电源、导线两根、纸带、天平、米尺四、实验步骤1测量：用天平测量小盘和砝码的质量m和小车的质量m.2安装：按照如实验原理图所示装置把实验器材安装好，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，使小车能匀速下滑4操作：(1)小盘通过细绳绕过定滑轮系于小车上，先接通电源后放开小车，取下纸带编号码(2)保持小车的质量m不变，改变砝码和小盘的质量m，重复步骤(1)(3)在每条纸带上选取一段比较理想的部分，测加速度a.(4)描点作图，作af的图象(5)保持砝码和小盘的质量m不变，改变小车质量m，重复步骤(1)和(3)，作a图象一、数据处理1保持小车质量不变时，计算各次小盘和砝码的重力(作为小车的合力)及对应纸带的加速度，填入表(一)中表(一)实验次数加速度a/(ms2)小车受力f/n12342.保持小盘内的砝码个数不变时，计算各次小车和砝码的总质量及对应纸带的加速度，填入表(二)中表(二)实验次数加速度a/(ms2)小车和砝码的总质量m/kg12343.利用xat2及逐差法求a.4以a为纵坐标，f为横坐标，根据各组数据描点，如果这些点在一条过原点的直线上，说明a与f成正比5以a为纵坐标，为横坐标，描点、连线，如果该线过原点，就能判定a与m成反比二、注意事项1平衡摩擦力：适当垫高木板的右端，使小车的重力沿斜面方向的分力正好平衡小车和纸带受到的阻力在平衡摩擦力时，不要把悬挂小盘的细绳系在小车上，让小车拉着打点的纸带匀速运动2不重复平衡摩擦力3实验条件：mm.4一先一后一按：改变拉力和小车质量后，每次开始时小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，后释放小车，且应在小车到达定滑轮前按住小车5作图象时，要使尽可能多的点在所作直线上不在直线上的点应尽可能对称分布在所作直线两侧6作图时两轴标度比例要选择适当各量需采用国际单位三、误差分析1系统误差：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偶然误差：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考点一对实验原理和注意事项的考查学生用书p52 (2013高考天津卷)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”)解析(1)实验中细绳要保持与长木板平行，a项正确；平衡摩擦力时不能将装有砝码的砝码桶通过定滑轮拴在木块上，这样无法平衡摩擦力，b项错误；实验时应先接通电源再放开木块，c项错误；平衡摩擦力后，改变木块上的砝码的质量后不再需要重新平衡摩擦力，d项正确(2)由整体法和隔离法得到细绳中的拉力fmammg，可见，当砝码桶和桶内砝码的总质量m远小于木块和木块上砝码的总质量m时，可得fmg.(3)不平衡摩擦力，则fmgma，ag，图象的斜率大的木块的质量小，纵轴截距绝对值大的动摩擦因数大，因此m甲乙答案(1)ad(2)远小于(3)小于大于总结提升(1)实验中，满足m即可(2)af图象不过原点的原因是平衡摩擦没有做好，但仍是直线(3)af图象的斜率表示小车的质量考点二对数据处理与误差分析的考查 学生用书p52 (2015海淀区模拟)某同学用如图所示的实验装置验证牛顿第二定律，请回答下列有关此实验的问题：(1)该同学在实验前准备了图中所示的实验装置及下列辅助器材：a交流电源、导线b天平(含配套砝码)c秒表d刻度尺e细线、砂和小砂桶其中不必要的器材是_(填代号)(2)打点计时器在小车拖动的纸带上打下一系列点迹，以此记录小车的运动情况其中一部分纸带上的点迹情况如图甲所示，已知打点计时器打点的时间间隔为0.02 s，测得a点到b、c点的距离分别为x15.99 cm、x213.59 cm，则在打下点迹b时，小车运动的速度vb_m/s；小车做匀加速直线运动的加速度a_m/s2.(结果保留三位有效数字)(3)在验证“质量一定，加速度a与合外力f的关系”时，某学生根据实验数据作出了如图乙所示的af图象，其中图线不过原点的原因是_，图线在末端弯曲的原因是_.解析(1)由于打点计时器就是一个计时装置，所以不需要秒表(2)由图甲知t0.1 s，匀变速直线运动的平均速度等于中间时刻的瞬时速度，vb0.680 m/s，由xat2知，(x2x1)x1at2，解得a，由题中x15.99 cm、x213.59 cm，代入上式解得a1.61 m/s2.(3)由图乙知，当f0时，a0，说明重力的分力产生了加速度，原因是平衡摩擦力过度，所以图线不过原点的原因是平衡摩擦力过度；以小车、砂和小砂桶整体为研究对象得：mg(mm)a，以小车为研究对象得fma，联立解得fmgmg，当mm时fmg，在图线中，f越大，mg越大，就越不满足mm的条件，所以图线在末端弯曲答案(1)c(2)0.6801.61(3)平衡摩擦力过度砂和小砂桶的总质量m不远小于小车和砝码的总质量m总结提升af图线发生弯曲的原因是不满足m.学生用书p532016年高考命题角度：1用气垫导轨替代木板，不需平衡摩擦，避免了摩擦对实验的影响2用光电门计时获取实验数据、计算加速度更简便3用传感器与计算机相连，得到小车加速度，使数据处理更加快速、准确(2014高考新课标全国卷)某同学利用图甲所示实验装置及数字化信息系统获得了小车加速度a与钩码的质量m的对应关系图，如图乙所示实验中小车(含发射器)的质量为200 g，实验时选择了不可伸长的轻质细绳和轻定滑轮，小车的加速度由位移传感器及与之相连的计算机得到回答下列问题：(1)根据该同学的结果，小车的加速度与钩码的质量成_(填“线性”或“非线性”)关系(2)由图乙可知，am图线不经过原点，可能的原因是_(3)若利用本实验装置来验证“在小车质量不变的情况下，小车的加速度与作用力成正比”的结论，并直接以钩码所受重力mg作为小车受到的合外力，则实验中应采取的改进措施是_，钩码的质量应满足的条件是_解析(1)根据题图乙坐标系中给出的数据，连线，可知小车的加速度与钩码的质量成非线性关系(2)根据题图乙中数据，小车受到钩码的拉力的作用，但没有加速度，故未平衡摩擦力或倾角过小，没有完全平衡摩擦力(3)在实验中要求“直接以钩码所受重力mg作为小车受到的合外力”需要满足两个条件：平衡摩擦力；钩码的质量远小于小车(含发射器)的质量答案(1)非线性(2)存在摩擦力(3)调节轨道的倾斜度以平衡摩擦力远小于小车的质量点评该实验属于实验器材的创新，但设置的问题仍是立足“课本实验”，无延伸学生用书p531在利用打点计时器和小车来做“验证牛顿运动定律”的实验时，下列说法中不正确的是()a平衡摩擦力时，应将砝码盘及盘内砝码通过定滑轮拴在小车上b连接砝码盘和小车的细绳应跟长木板保持平行c平衡摩擦力后，长木板的位置不能移动d小车释放前应靠近打点计时器，且应先接电源再释放小车解析：选a.本题考查实验过程中应注意的事项，选项a中平衡摩擦力时，不能将砝码盘及盘内砝码(或小桶)拴在小车上，a错；选项b、c、d符合正确的操作方法，b、c、d对2如图甲为“用dis(位移传感器、数据采集器、计算机)研究加速度和力的关系”的实验装置甲乙(1)在该实验中必须采用控制变量法，应保持_不变，用钩码所受的重力作为_，用dis测小车的加速度(2)改变所挂钩码的数量，多次重复测量，在某次实验中根据测得的多组数据可画出af关系图线(如图乙所示)分析此图线的oa段可得出的实验结论是_此图线的ab段明显偏离直线，造成此误差的主要原因是_a小车与轨道之间存在摩擦b导轨保持了水平状态c所挂钩码的总质量太大d所用小车的质量太大解析：(1)因为要探究“加速度和力的关系”，所以应保持小车的总质量不变，钩码所受的重力作为小车所受的外力(2)由于oa段af关系图线为一倾斜的直线，所以在质量不变的条件下，加速度与外力成正比；由实验原理：mgma得：a，而实际上a，可见ab段明显偏离直线是没有满足mm造成的答案：(1)小车的总质量小车所受的外力(2)在质量不变的情况下，加速度与外力成正比c3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)该实验是否需要满足砝码和砝码盘的总质量远小于车的质量？_(填“需要”或“不需要”)(2)实验需用游标卡尺测量挡光板的宽度d，如图所示，d_mm.(3)某次实验过程：力传感器的读数为f，小车通过光电门1和2的挡光时间分别为t1、t2(小车通过光电门2后，砝码盘才落地)，已知重力加速度为g，则该实验要验证的表达式是_解析：(1)由于实验装置图中已给出了力传感器，所以不需要满足m0m.(2)d5 mm0.0510 mm5.50 mm.(3)小车在光电门1处的速度为v1，在光电门2处的速度为v2，所以根据vv2as，可得：a由fma可知fm.答案：(1)不需要(2)5.50(3)fm4(2015潍坊月考)在探究加速度与力、质量的关系活动中，某小组设计了如图甲所示的实验装置图中上下两层水平轨道表面光滑，两小车前端系上细线，细线跨过滑轮并挂上砝码盘，两小车尾部细线连到控制装置上，实验时通过控制装置使两小车同时开始运动，然后同时停止甲(1)在安装实验装置时，应调整滑轮的高度，使_；在实验时，为减小系统误差，应使砝码盘和砝码的总质量_小车的质量(选填“远大于”、“远小于”或“等于”)(2)本实验通过比较两小车的位移来比较小车加速度的大小，能这样比较，是因为_.(3)实验中获得的数据如下表所示：小车、的质量约为200 g.实验次数小车拉力f/n位移x/cm10.10.246.5120.229.040.343.6330.341.160.444.8040.436.430.545.56在第1次实验中小车从a点运动到b点的位移如图乙所示，请将测量结果填到表中空格处通过分析，可知表中第_次实验数据存在明显错误，应舍弃乙解析：(1)拉小车的水平细线要与轨道平行只有在砝码盘和砝码的总质量远小于小车质量时，才能认为砝码盘和砝码的总重力等于细线拉小车的力(2)对初速度为零的匀加速直线运动，时间相同时，根据xat2，得.(3)刻度尺的最小刻度是1 mm，要估读到毫米的下一位，读数为23.86 cm0.50 cm23.36 cm.答案：(1)细线与轨道平行(或水平)远小于(2)两小车从静止开始做匀加速直线运动，且两小车的运动时间相等(3)23.36(23.3423.38均对)35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，盒子内盛有砂子砂桶的总质量(包括桶以及桶内砂子质量)记为m，小车的总质量(包括车、盒子及盒内砂子质量)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砂子，装入砂桶中，称量并记录砂桶的总重力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，桶内的砂子取自小车中，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_你认为把砂桶的总重力mg当做合力f是否合理？答：_.(选填“合理”或“不合理”)本次实验中，是否应该满足mm这样的条件？答：_(选填“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