2014年新课标高考总复习人教物理(必修2)1-3-3实验验证牛顿运动定律

1、实验：验证牛顿运动定律 命题报告教师用书独具知识点题号实验注意事项1实验操作步骤2实验数据处理3、6实验原理及误差分析4实验创新设计5、71.在“验证牛顿第二定律”的实验中，以下做法正确的是()A平衡摩擦力时，应将小盘用细绳通过定滑轮系在小车上B每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力C实验时，先放开小车，再接通打点计时器的电源D求小车运动的加速度时，可用天平测出小盘和砝码的质量(M和m)以及小车质量M，直接用公式ag求出解析：平衡摩擦力时，不能给小车任何牵引力，A错；由mgsin mgcos ，小车质量能约去，故B对；实验时，要先接通电源，再放开小车，C错；此实验是验证牛顿第二定律，而不是

2、应用牛顿第二定律，D错答案：B2做“验证牛顿第二定律”实验时，按实验要求安装好器材后，应按一定的步骤进行实验，下列给出供选择的操作步骤：A保持小盘和其中砝码的质量不变，在小车里加砝码，测出加速度，重复几次B保持小车质量不变，改变小盘里砝码的质量，测出加速度，重复几次C用天平测出小车和小盘的质量D在长木板没有定滑轮的一端垫上厚度合适的垫木，平衡摩擦力E根据测出的数据，分别画出aF和a图象F用秒表测出小车运动的时间G将装有砝码的小盘用细线通过定滑轮系到小车上，接通电源，释放小车，在纸带上打出一系列的点以上步骤中，不必要的步骤是_，正确步骤的合理顺序是_(填写代表字母)解析：此实验中不需要用秒表测量

3、小车的运动时间答案：FCDGBAE3“探究加速度与物体质量、物体受力的关系”的实验装置如图甲所示(1)在平衡小车与桌面之间摩擦力的过程中，打出了一条纸带如图乙所示计时器打点的时间间隔为0.02 s从比较清晰的点起，每5个点取一个计数点，量出相邻计数点之间的距离该小车的加速度a_m/s2.(结果保留两位有效数字)(2)平衡摩擦力后，将5个相同的砝码都放在小车上挂上砝码盘，然后每次从小车上取一个砝码添加到砝码盘中，测量小车的加速度小车的加速度a与砝码盘中砝码总重力F的实验数据如下表：砝码盘中砝码总重力F/N0.1960.3920.5880.7840.980加速度a/(ms2)0.691.181.6

4、62.182.70请根据实验数据在下图中作出aF的关系图象(3)根据提供的实验数据作出的aF图线不通过原点请说明主要原因解析：(1)a m/s20.16 m/s2或a m/s20.15 m/s2.(2)aF图线如图所示(3)小车、砝码盘和砝码组成的系统所受合力为砝码盘和砝码的总重力，而表中数据漏计了砝码盘的重力，导致合力F的测量值小于真实值，aF的图线不过原点答案：(1)0.16(0.15也算对)(2)见解析(3)未计入砝码盘的重力4如图所示为“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(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

5、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)在研究加速度与力的关系时必须保持小车质量不变，才能找出二者的关系(2)OA段在实验的允许范围内，图线是一条直线，因此可得出a与F成正比的关系由实验的原理a可知AB段明显偏离直线是由于没有满足M车m钩造成的答案：(1)小车的总质量(或：小车的质量)小车所受外力(或：外力、合外力)(2)在质量

6、不变的条件下，加速度与合力成正比C5某同学为验证牛顿第二定律中“力与加速度”的关系，采用光电门系统来代替位移和时间测量工具，实验装置如图所示光滑导轨水平放置，细线绕过可转动的圆形光栅连接小车与重物(重物质量远小于小车质量)，挡板可以在小车到达的时候使小车停下并粘住光电门在每次有红外线通过光栅时会记下1次信号，如图所示，圆形光栅每转过1圈将会记下10次信号不计一切摩擦，每次都将小车由静止释放，在小车停止后，记下重物质量m、信号次数n、小车运动时间t.(1)小车经过的位移s与光电门记下的信号次数n的关系应是_AsnBsCsn2 Ds(2)若实验后得到了下表所示的数据，试分析，运动时间t3应约为_.

7、重物质量m信号次数n运动时间t/sm0402.002m0601.733m070t3解析：(1)小车经过的位移大小等于相同时间里圆形光栅转动通过的弧长，设相邻两光栅间的距离为L，由关系可得：snL，A正确(2)重物质量远小于小车质量，可近似认为细线拉力F等于重物重量，设小车质量为M，可得：Fmg，sat2，FMa，snL联立可得：t2，由表格数据可得t3应约为1.53 s(或 s)答案：(1)A(2)1.53 s(或 s)6为了探究受到空气阻力时，物体运动速度随时间的变化规律，某同学采用了“加速度与物体质量、物体受力关系”的实验装置(如图所示)实验时，平衡小车与木板之间的摩擦力后，在小车上安装一

8、薄板，以增大空气对小车运动的阻力(1)往砝码盘中加入一小砝码，在释放小车_(选填“之前”或“之后”)接通打点计时器的电源，在纸带上打出一系列的点(2)从纸带上选取若干计数点进行测量，得出各计数点的时间t与速度v的数据如下表：时间t/s00.501.001.502.002.50速度v/(ms1)0.120.190.230.260.280.29请根据实验数据在图中作出小车的vt图象(3)通过对实验结果的分析，该同学认为：随着运动速度的增加，小车所受的空气阻力将变大你是否同意他的观点？请根据v t图象简要阐述理由解析：(1)打点计时器的使用是先接通电源，再松开纸带，所以应在释放小车之前接通打点计时器

9、(2)根据t轴上的比例标度取每一大格为0.5 s；根据速度v的数据，v轴上的比例标度取每一大格为0.05 m/s；然后描点、光滑连线，得到一条斜率越来越小的曲线(3)因为斜率表示小车加速度的大小，斜率越来越小，说明小车的加速度越来越小，根据牛顿第二定律得出小车所受的阻力越来越大，因此同意该同学的观点答案：(1)之前(2)见下图(3)同意在vt图象中，速度越大时，加速度越小，小车受到的合力越小，小车所受空气阻力变大7为了探究加速度与力的关系，使用如图所示的气垫导轨装置进行实验其中G1、G2为两个光电门，它们与数字计时器相连，当滑行器通过G1、G2光电门时，光束被遮挡的时间t1 、t2都可以被测量

10、并记录，滑行器连同上面固定的一条形挡光片的总质量为M，挡光片宽度为D，光电门间距离为x，牵引砝码的质量为m.回答下列问题：(1)实验开始应先调节气垫导轨下面的螺钉，使气垫导轨水平，在不增加其他仪器的情况下，如何判定调节是否到位？答：_.(2)若取M0.4 kg，改变m的值，进行多次实验，以下m的取值不合适的一个是_Am15 gBm215 gCm340 g Dm4400 g(3)在此实验中，需要测得每一个牵引力对应的加速度，求得的加速度的表达式为_(用t1、t2、D、x表示)解析：(1)如果气垫导轨水平，则不挂砝码时，M应能在任意位置静止不动，或推动M后能使M匀速运动(2)应满足Mm，故m440

11、0 g不合适(3)由v1，v2，vv2ax可得：a.答案：(1)取下牵引砝码，M放在任意位置都不动；或取下牵引砝码，轻推滑行器M，数字计时器记录每一个光电门的光束被挡的时间t都相等(2)D(3)a应用牛顿运动定律分析动力学问题的常用方法1合成法合成法是根据物体受到的力，用平行四边形定则求出合力，再根据要求进行计算的方法这种方法一般适用于物体只受两个力作用的情况例1如图所示，在小车中悬挂一小球，若偏角未知，而已知摆球的质量为m，小球随小车水平向左运动的加速度为a2g(取g10 m/s2)，则绳的张力为()A10mB.mC20m D(508)m解析小球受重力mg和绳的拉力FT两个力的作用，受力情况

12、如图所示根据平行四边形定则，重力mg和绳的拉力FT的合力F的方向水平向左，由牛顿第二定律有Fma2mg20m，由勾股定理得FT ，所以FT10m.答案A2正交分解法方法1：以加速度为其中一个坐标轴，分解力(1)在牛顿第二定律中应用正交分解法时，通常以加速度a的方向为x轴正方向，与此垂直方向为y轴，建立直角坐标系，将物体所受的力按x轴及y轴方向分解，分别求得x轴和y轴方向上的合力Fx和Fy.(2)根据力的独立性原理，各个方向上的力产生各自的加速度，得方程组Fxma，Fy0.方法2：使较多的力在坐标轴上，分解加速度(1)在建立直角坐标系时，根据物体受力情况，使尽可能多的力位于两坐标轴上，分解加速度

13、a得ax和ay.(2)根据牛顿第二定律得方程组Fxmax，Fymay进一步进行求解解题时采用哪种方法，要视具体情况灵活使用例2空中缆车是旅游景点给游人准备的上山和进行空中参观的交通工具，如图是一质量为m的游客乘坐空中缆车沿着坡度为30的山坡上行的示意图开始时空中缆车平稳上行，由于故障，缆车以加速度ag/2加速上行，则下列说法中正确的是()A加速状态下游客对缆车底面的压力是平稳状态的倍B加速状态下游客对缆车底面的压力是平稳状态的倍C加速状态下游客受到的摩擦力与平稳状态下的相等D加速状态下游客受到的摩擦力比平稳状态下的大解析缆车处于平衡状态时受力如图甲，游客对底面压力F1mg、摩擦力Ff10；加速

14、状态下游客受力如图乙所示由牛顿第二定律有：解法一F2sin 30mgsin 30Ff2 cos 30maF2cos 30mgcos 30Ff2sin 30解法二Ff2macos 30F2mgmasin 30解得Ff2mg、F2mg.答案AD3整体法与隔离法在物理题型中，常涉及相连接的几个物体，研究对象不唯一解答这类问题时，应优先考虑整体法，因为整体法涉及研究对象少，未知量少，所列方程少，求解简便但对于大多数平衡问题单纯用整体法不能解决，通常采用“先整体，后隔离”的分析方法例3如图所示，水平地面上有两块完全相同的木块A、B，水平推力F作用在木块A上，用FAB表示木块A、B间的相互作用力，下列说法

15、可能正确的是()A若地面是完全光滑的，则FABFB若地面是完全光滑的，则FABF/2C若地面是有摩擦的，且木块A、B未被推动，可能FABF/3D若地面是有摩擦的，且木块A、B被推动，则FABF/2解析若地面光滑，先用整体法得F2ma，再用隔离法分析木块B有FABma，则FABF/2.若地面是有摩擦的，且木块A、B被推动，由整体法得F2mg2ma，用隔离法对木块B有FABmgma，则FABF/2.若木块A、B未被推动，则FABF/2.答案BCD4假设法假设法是解决物理问题的一种重要方法一般依题意从某一假设入手，然后运用物理规律得出结果，再进行适当讨论，从而找出正确答案这样解题科学严谨，合乎逻辑，而且可以拓宽思路例如在求解力的问题中，假定某个力存在，并假定沿某一方向，用运动规律进行分析运算，若算得的结果是正值，说明此力确实存在并与假定方向相同；若算得的结果是负值，说明此力存在，但与假定方向相反；若算得的结果是零，说明此力不存在例4如图所示，车厢中有一倾角为30的斜面，当火车以10 m/s2的加速度沿水平方向向左运动时，斜面上的物体m与车厢相对静止，分析物体m所受摩擦力的方向解析解法