《高考备考指南 理科综合 物理》课件-实验4

牛顿运动定律第三章实验四验证牛顿运动定律栏目导航01知识梳理回顾03随堂限时集训02考点各个击破04配套训练知识梳理回顾1一、实验目的1．学会用控制变量法验证牛顿第二定律．2．掌握利用图像处理实验数据的方法．二、实验原理本实验第一部分保持小车的质量M不变，改变小桶的质量m的大小，测出相应的加速度a，验证a与F的关系；第二部分保持m不变，改变M的大小，测出小车运动的加速度a，验证a与M的关系．利用砂及砂桶通过细线牵引小车做加速运动，采用____________法研究上述两组关系．如图所示，通过适当的调节，使小车所受的阻力被平衡，使得小车M和小桶m都做加速运动．由④可知当M________m时，可近似认为小车所受的拉力T＝mg，即小车所受的合外力F合＝mg.若用砂和砂桶的总重力来表示小车所受合外力，要求M≫m；若在拉线上安装传感器，无须满足M远大于m.三、实验器材打点计时器、纸带及复写纸、小车、一端附有滑轮的长木板、小桶、细绳、砂、低压交流电源、天平、刻度尺、砝码等．四、实验步骤及器材调整1．用天平分别测出小车和小桶的质量M和m，把数值记录下来．2．按图所示把实验器材安装好．3．平衡摩擦力：在长木板的不带滑轮的一端下面垫上一块薄木板，反复移动其位置，直至不挂小桶的小车刚好在斜面上保持匀速运动为止．4．将小桶通过细绳系在小车上，接通电源放开小车，使小车运动，用纸带记录小车的运动情况，取下纸带，并在纸带上标上号码．5．保持小车的质量不变，改变小桶中的砂量，重复步骤4，每次记录必须在相应的纸带上做上标记，列表格将记录的数据填写在表内．6．在每条纸带上选取一段比较理想的部分，测出加速度a.7．建立坐标系，用纵坐标表示加速度，横坐标表示力，在坐标系上描点，画出相应的图线以验证a与F的关系．8．保持砂及小桶的质量不变，改变小车的质量(在小车上增减砝码)，重复上述步骤5、6，验证a与M的关系．五、注意事项1．平衡摩擦力在平衡摩擦力时，不要悬挂小桶，但小车应该连着纸带且接通电源．用手给小车一个初速度，如果在纸带上打出的点的间隔是均匀的，表示小车受到的阻力跟它的重力沿斜面向下的分力平衡．2．不重复平衡摩擦力平衡了摩擦力后，不管以后是改变小桶和砂的总质量还是改变小车和砝码的总质量，都不需要重新平衡摩擦力．3．实验条件M≫m.只有如此，小桶和砂的总重力才可视为小车受到的拉力．4．一先一后一按改变拉力或小车质量后，每次开始时小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源后放开小车，且应在小车到达滑轮前按住小车．5．作图作图时两轴标度比例要适当．各量须采用国际单位，并使尽可能多的点在所作的直线上，不在直线上的点尽可能对称分布在直线的两侧，个别误差较大的点应舍去．夯基题组1．(多选)某同学设计了一个探究小车加速度a与小车所受拉力F及质量m关系的实验，如图所示为实验装置简图．他想用钩码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，你认为下列说法正确的是(

)A．要平衡摩擦力B．实验时不需要平衡摩擦力C．钩码的重力要远小于小车的总重力D．实验进行时应先释放小车再接通电源【答案】AC2．(2017届江苏模拟)某实验小组利用小车、一端带有滑轮的导轨、打点计时器和几个已知质量的小钩码探究加速度与力的关系，实验装置如图甲所示．(1)图乙是实验中得到的一条纸带，图中打相邻两计数点的时间间隔为0.1s，由图中的数据可得小车的加速度a为__________m/s2；(2)该实验小组以测得的加速度a为纵轴，所挂钩码的总重力F为横轴，作出的图像如丙图中图线1所示，发现图像不过原点，怀疑在测量力时不准确，他们将实验进行了改装，将一个力传感器安装在小车上，直接测量细线拉小车的力F′，作a－F′图如丙图中图线2所示，则图像不过原点的原因是______________________，对于图像上相同的力，用传感器测得的加速度偏大，其原因是______________________________________________________________________；(3)该实验小组在正确操作实验后，再以测得的加速度a为纵轴，所挂钩码的总重力F和传感器测得的F′为横轴作图像，要使两个图线基本重合，请你设计一个操作方案．________________________________________________________.【答案】(1)0.195

(2)未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足钩码的质量未远小于小车的质量(3)钩码的质量远小于小车的质量(2)由图线可知，F不等于零时，a仍然为零，可知图线不过原点的原因是未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足．力传感器可以直接得出绳子拉力的大小，用钩码的重力表示绳子的拉力，必须满足钩码的质量远小于小车的质量，否则绳子的拉力实际上小于钩码的重力．所以对于图线上相同的力，用传感器测得的加速度偏大，原因是钩码的质量未远小于小车的质量．(3)要使两个图线基本重合，只要满足钩码的质量远小于小车的质量即可．考点各个击破2例1

利用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．砂桶的总质量(包括桶以及桶内砂的质量)记为m，小车的总质量(包括车、盒子及盒内砂的质量)记为M.考点1对实验原理、步骤及器材调整的考查(1)对该实验，下列说法不正确的是(

)A．在长木板不带定滑轮的一端下面垫一木块，反复移动木块的位置，直到小车在砂桶和砂的拉动下带动纸带做匀速直线运动，以平衡小车运动中受到的摩擦力B．实验中必须使砂桶和砂的总质量远小于小车的质量C．细线对小车的真实拉力一定略小于砂桶和砂的总重力D．该实验是应用“控制变量法”来探究牛顿第二定律(2)验证在质量不变的情况下，加速度与合外力成正比：从盒子中取出一些砂，装入砂桶中，称量并记录砂桶的总重力mg，将该力视为合外力F，对应的加速度a则从打下的纸带中计算得出．多次改变合外力F的大小，每次都会得到一个相应的加速度．本次实验中，桶内的砂取自小车中，故系统的总质量不变．以合外力F为横轴、以加速度a为纵轴，画出a－F图像，图像是一条过原点的直线．①a－F图像的斜率的物理意义是________________________________．②你认为把砂桶的总重力mg当作合力F是否合理？答：________.(填“合理”或“不合理”)③本次实验中，是否应该满足M≫m这样的条件？答：________.(填“是”或“否”)理由是_______________________________________________________．(3)验证在合外力不变的情况下，加速度与质量成反比：保持桶内砂的质量m不变，向小车内添加或去掉一些砂，验证加速度与质量的关系．本次实验中，桶内的砂的总质量不变，故系统所受的合外力不变．用图像法处理数据时，以加速度a为纵轴，应该以________的倒数为横轴．练1在做“验证牛顿运动定律”实验时，主要的步骤有：A．将一端附有定滑轮的长木板放在水平桌面上，取两个质量相等的小车，放在光滑的水平长木板上B．打开夹子，让两个小车同时从静止开始运动，小车运动一段距离后，夹上夹子，让它们同时停下来，用刻度尺分别测出两个小车在这一段时间内通过的位移大小C．分析所得到的两个小车在相同时间内通过的位移大小与小车所受的水平拉力的大小关系，从而得到质量相等的物体运动的加速度与物体所受作用力大小的关系D．在小车的后端也分别系上细绳，用一只夹子夹住这两根细绳E．在小车的前端分别系上细绳，绳的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘，盘内分别放着数目不等的砝码，使砝码盘和盘内砝码的质量远小于小车的质量．分别用天平测出两个砝码盘和盘内砝码的总质量上述实验步骤，正确的排列顺序是____________．【答案】AEDBC【解析】此类题目考查的是实验步骤，对于实验的一些常识，必须牢记于心，结合本实验的实验步骤，不难排列出正确的顺序．关于实验器材、实验注意事项、实验数据处理、实验误差分析等考查问题；要掌握实验原理、实验器材与实验注意事项、实验数据的处理方法；常常应用图像法处理实验数据，应用图像法处理实验数据时为方便实验数据处理，要选择合适的物理量使作出的图像为直线．考点2对数据处理和误差分析的考查例2

(2017届兴安盟二模)某同学设计了如图所示的装置来探究加速度与力的关系．弹簧秤固定在一合适的木板上，桌面的右边缘固定一支表面光滑的铅笔以代替定滑轮，细绳的两端分别与弹簧秤的挂钩和矿泉水瓶连接．在桌面上画出两条平行线MN、PQ，并测出间距d.开始时将木板置于MN处，现缓慢向瓶中加水，直到木板刚刚开始运动为止，记下弹簧秤的示数F0，以此表示滑动摩擦力的大小．再将木板放回原处并按住，继续向瓶中加水后，记下弹簧秤的示数F1，然后释放木板，并用秒表记下木板运动到PQ处的时间t.(3)用加水的方法改变拉力的大小与挂钩码的方法相比，它的优点是________