专题14-验证牛顿运动定律(重难点精讲)(人教版)

专题14验证牛顿运动定律1．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，但要小车拉着纸带．(2)实验时要保证小盘和砝码的总质量m小车的质量M.2．误差分析因实验原理不完善引起的误差：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盘和砝码的总重力．【例1】[实验原理](1)我们已经知道，物体的加速度a同时跟合外力F和质量m两个因素有关，要研究这三个物理量之间的定量关系的思想方法是________．(2)某同学的实验方案如图所示，她想用沙桶的重力表示小车受到的合外力F，为了减小这种做法带来的实验误差，她先做了两方面的调整措施：a．用小木块将长木板无滑轮的一端垫高，目的是__________________________________．b．使沙桶的总质量远小于小车的质量，目的是使拉小车的力近似等于________________．(3)该同学利用实验中打出的纸带求加速度时，处理方案有两种：A．利用公式a＝eq\f(2x,t2)计算；B．利用逐差法根据a＝eq\f(Δx,T2)计算．两种方案中，你认为选择方案________比较合理．【例2】[实验操作]在“探究加速度与力、质量的关系”时采用如图所示的实验装置，小车及车中砝码的总质量为M，沙桶及沙的总质量为m.(1)若已平衡摩擦力，在小车做匀加速直线运动过程中，绳的实际张力大小T＝________，当M与m的大小满足________时，才可认为绳子对小车的拉力大小等于沙和沙桶的重力．(2)某同学在保持沙和沙桶总质量m一定的条件下，探究小车加速度a与质量M的关系，其具体操作步骤如下，则做法合理的有________．A．平衡摩擦力时，沙桶应用细线通过定滑轮系在小车上且小车后面的纸带也必须连好B．每次改变小车质量M时，都需要重新平衡摩擦力C．实验时，先接通计时器的电源，再放开小车D．用天平测出m及M，直接用公式a＝eq\f(mg,M)求出小车运动的加速度【例3】．[实验数据处理](2019·宁夏石嘴山高三月考)在“探究加速度与质量的关系”的实验中：(1)备有器材：A.长木板；B.电磁打点计时器、低压交流电源、纸带；C.细绳、小车、砝码；D.装有细沙的小桶；E.薄木板；F.毫米刻度尺．还缺少的一件器材是________．(2)实验得到如图(a)所示的一条纸带，相邻两计数点的时间间隔为T；B、C间距x2和D、E间距x4已量出，利用这两段间距计算小车加速度的表达式为________．(3)同学甲根据实验数据画出如图(b)所示a­eq\f(1,m)图线，从图线可得沙和沙桶的总质量为________kg.(g取10m/s2)(4)同学乙根据实验数据画出了图(c)，从图线可知乙同学操作过程中可能________________．【例4】．[实验误差分析](2019·四川德阳模拟)为了探究质量一定时加速度与力的关系，一同学设计了如图甲所示的实验装置．其中M为带滑轮的小车的质量，m为砂和砂桶的质量．(滑轮质量不计)(1)实验时，一定要进行的操作是________．A．用天平测出砂和砂桶的质量B．将带滑轮的长木板右端垫高，以平衡摩擦力C．小车靠近打点计时器，先接通电源，再释放小车，打出一条纸带，同时记录弹簧测力计的示数D．改变砂和砂桶的质量，打出几条纸带E．为减小误差，实验中一定要保证砂和砂桶的质量m远小于小车的质量M(2)该同学在实验中得到如图乙所示的一条纸带(两计数点间还有两个点没有画出)，已知打点计时器采用的是频率为50Hz的交流电，根据纸带可求出小车的加速度为________m/s2(结果保留两位有效数字)．(3)以弹簧测力计的示数F为横坐标，加速度为纵坐标，画出的图丙图像是一条直线，求得图线的斜率为k，则小车的质量为________．【例1】解析：(1)要研究三个物理量之间的定量关系的思想方法是控制变量法．(2)用小木块将长木板无滑轮的一端垫高，目的是平衡摩擦力．实验用沙桶的重力表示小车受到的合外力，为了减小这种做法带来的实验误差，应使沙桶的质量远小于小车的质量，目的是使拉小车的力近似等于沙桶的重力．(3)利用实验中打出的纸带求加速度时，需要根据a＝eq\f(Δx,T2)利用逐差法计算，方案B比较合理．答案：(1)控制变量法(2)a.平衡摩擦力 B．沙桶的总重力(3)B【例2】解析：(1)由牛顿第二定律知，对小车有T＝Ma，对沙和沙桶有mg－T＝ma，所以T＝eq\f(Mmg,M＋m)＝eq\f(mg,1＋m/M)，可见当M≫m时，T≈mg.(2)平衡摩擦力时，应在不挂沙桶的情况下让小车带着纸带平衡摩擦力，A错误；每次改变小车质量M时，不需要重新平衡摩擦力，B错误；实验时，先接通计时器的电源，再放开小车，C正确；小车运动的加速度必须由纸带上的测量数据计算得到，D错误．答案：(1)eq\f(mg,1＋m/M)M≫m(2)C【例3】解析：(1)本题要测量小车的质量，则需要天平，所以还缺少的一件器材是天平．(2)根据逐差法得x4－x2＝2aT2，解得a＝eq\f(x4－x2,2T2).(3)根据牛顿第二定律可知，a＝eq\f(F,m)，则F即为a­eq\f(1,m)图像的斜率，所以砂和砂桶的总重力m′g＝F＝eq\f(2.4,12)N＝0.2N，解得m′＝0.02kg.(4)由图(c)可知，图线不通过坐标原点，当F为某一值时，加速度为零，可知未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足．答案：(1)天平(2)a＝eq\f(x4－x2,2T2)(3)0.02(0.018～0.022均正确)(4)未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足【例4】解析：(1)本题拉力可以由弹簧测力计测出，不需要用天平测出砂和砂桶的质量，也就不需要使砂和砂桶的质量远小于小车的总质量，故A、E错误．该题是弹簧测力计测出拉力，从而表示小车受到的合外力，故需要将带滑轮的长木板右端垫高，以平衡摩擦力，故B正确．使用打点计时器时，都是先接通电源，待打点稳定后再释放纸带，该实验探究加速度与力的关系，要记录弹簧测力计的示数，故C正确；改变砂和砂桶质量，即改变拉力的大小，打出几条纸带，研究加速度随力变化关系，故D正确．(2)由于两计数点间还有两个点没有画出，计数点间的时间间隔t＝0.06s，由Δx＝aT2可知，加速度a＝eq\f(x4－x1＋x5－x2＋x6－x3,9t2)＝eq\f([2.80＋3.30＋