《 备考指南 物理 》课件-第3章 实验4

牛顿运动定律第三章

实验四验证牛顿第二定律栏目导航01知识梳理查漏03配套训练02题点

各个击破知识梳理查漏1一、实验目标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．掌握灵活运用图像处理数据的方法．二、实验原理四、实验操作1．用天平分别测出小车的质量M和小桶及细砂的质量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能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，将打点计时器接通电源，打点稳定后放开小车，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，测量小桶与砂的质量并记录，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．在每条纸带上选取比较理想的一段，测算出加速度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．保持细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，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．实验前提条件：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，并应先接通电源后再放开小车，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．题点各个击破2命题点一教材标准实验的变形(2)乙图与F轴相交，说明要施加一定的拉力后小车才开始加速，有阻力影响，产生原因是没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够．(3)丙图与a轴相交，说明没施加力时小车就加速了，产生原因要不就是平衡摩擦力过度，要不就是计算拉力时，只计算了砝码的重力，没有加上砝码盘的重力．考查点1实验操作例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重力D．进行实验时应先释放小车再接通电源【答案】AC考查点2数据和图像分析例2某实验小组利用如图所示的装置探究加速度与质量的关系．(1)下列操作中必要的是________(填字母代号)．A．调节滑轮的高度，使牵引小车的细线与长木板保持平行B．为减小系统误差，应使砝码与砝码桶的质量远小于小车质量C．调节木板的倾斜度以平衡摩擦力D．实验时，先放开小车再接通打点计时器的电源(2)在纸带上选取0、1、2、3四个计数点，测得的部分数据如图甲所示．已知打点计时器使用的交流电频率为50Hz，则计数点2对应的小车速度为______m/s，小车运动的加速度大小为______m/s2.(结果均保留2位有效数字)【答案】(1)ABC

(2)0.78

1.5

(3)0.20【解析】(1)调节滑轮的高度，使牵引木块的细绳与长木板保持平行，保证小车运动过程中受到的合力不变，A正确；为减小系统误差，应使砝码与砝码盘的质量远小于小车质量，B正确；该实验需要调节木板的倾斜度以平衡摩擦力，C正确；实验时，不能先放开小车，再接通打点计时器电源，由于小车运动较快，可能会使打出来的点很少，不利于数据的采集和处理，同时要求开始时小车要靠近打点计时器，D错误．创新角度1实验器材改进和操作创新例3

(2020年辽宁模拟)某实验小组利用如图所示的装置进行验证：当质量m一定时，加速度a与力F成正比关系，其中F＝m2g，m＝m1＋m2(m1为小车及车内砝码的总质量，m2为桶及桶中砝码的总质量)．命题点二实验创新迁移具体做法是：将小车从A处由静止释放，用速度传感器测出它运动到B处时的速度v，然后将小车内的一个砝码拿到小桶中，小车仍从A处由静止释放，测出它运动到B处时对应的速度，重复上述操作．图中A、B两点相距x.(1)设加速度大小为a，则a与v及x间的关系式是______________．(3)下列措施能够减小本实验的误差的是______(填序号)．A．实验中必须保证m2≪m1B．实验前要平衡摩擦力C．细线在桌面上的部分应与长木板平行D．图中A、B之间的距离x尽量小些【答案】(1)v2＝2ax

(2)A

(3)BC创新角度2实验设计创新例4

(2021年全国甲卷)为测量小铜块与瓷砖表面间的动摩擦因数，一同学将贴有标尺的瓷砖的一端放在水平桌面上，形成一倾角为α的斜面(已知sinα＝0.34，cosα＝0.94)，小铜块可在斜面上加速下滑，如图所示．该同学用手机拍摄小铜块的下滑过程，然后解析视频记录的图像，获得5个连续相等时间间隔(每个时间间隔ΔT＝0.20s)内小铜块沿斜面下滑的距离si(i＝1,2,3,4,5)，如下表所示．由表中数据可得，小铜块沿斜面下滑的加速度大小为________m/s2，小铜块与瓷砖表面间的动摩擦因数为________．(结果均保留2位有效数字，重力加速度大小取9.80m/s2)【答案】0.43

0.32s1s2s3s4s55.87cm7.58cm9.31cm11.02cm12.74cm1．(2020年北京卷)在“探究加速度与物体受力、物体质量的关系”实验中，做如下探究：(1)为猜想加速度与质量的关系，可利用如图甲所示装置进行对比实验．两小车放在水平板上，前端通过钩码牵引，后端各系一条细线，用板擦把两条细线按在桌上，使小车静止．抬起板擦，小车同时运动，一段时间后按下板擦，小车同时停下．对比两小车的位移，可知加速度与质量大致成反比．关于实验条件，下列说法正确的是________．A．小车质量相同，钩码质量不同B．小车质量不同，钩码质量相同C．小车质量不同，钩码质量不同序号1234567a/(m·s－2)0.620.560.480.400.320.240.15M/kg0.250.290.330.400.500.711.00(3)在探究加速度与力的关系实验之前，需要思考如何测“力”．请在图丙中画出小车受力的示意图．为了简化“力”的测量，下列说法正确的是__________(选填选项前的字母)．A．使小车沿倾角合适的斜面运动，小车受力可等效为只受绳的拉力B．若斜面倾角过大，小车所受合力将小于绳的拉力C．无论小车运动的加速度多大，砂和桶的重力都等于绳的拉力D．让小车的运动趋近于匀速运动，砂和桶的重力才近似等于绳的拉力【答案】(1)B

(2)如图(3)图略A【解析】(1)为了探究加速度与质量的关系，必须控制小车所受拉力相同，而让小车的质量不同，所以钩码质量相同，B正确．(3)使小车沿倾角合适的斜面运动，小车所受重力沿斜面的分力刚好等于小车所受的摩擦力，则小车受力可等效为只受绳的拉力，A正确；若斜面倾角过大，重力沿斜面的分力大于摩擦力，小车所受合力将大于绳的拉力，不利于简化“力”的测量，B错误；由牛顿第二定律可知，无论小车运动的加速度多大，砂和桶的重力都大于绳的拉力，C错误；小车趋近于匀速运动时，砂和桶的重力等于摩擦力，D错误．2．(2021年湖南卷)某实验小组利用图甲所示装置探究加速度与物体所受合外力的关系．主要实验步骤如下：(1)用游标卡尺测量垫块厚度，示数如图乙所示，h＝__________cm.(2)接通气泵，将滑块轻放在气垫导轨上，调节导轨至水平．(3)在右支点下放一垫块，改变气垫导轨的倾斜角度．(4)在气垫导轨合适位置释放滑块，记录垫块个数和滑块对应的加速度a.(5)在右支点下增加垫块个数(垫块完全相同)，重复步骤(4)，记录数据如下表：n123456a/(m·s－2)0.0870.1800.260

0.4250.519根据表中数据在图丙上描点，绘制图线．如果表中缺少的第4组数据是正确的，其应该是__________(保留三位有效数字)．【答案】(1)1.02

(5)如图所示0.342【解析】(1)根据游标卡尺读数规则，垫块厚度h＝10mm＋2×0.1mm＝10.2mm＝1.02cm.(5)利用描点法描出各点，再过尽可能多的点作直线，得出a－n图像．由图像上横坐标n＝4对应点的纵坐标可知，表中缺失的数据为0.342m/s2.3．(2022年广东调研)在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，将五辆质量均为M

的相同小车放在水平木板上，每辆小车前端系一条细线，每根细线的另一端跨过定滑轮挂质量为m

的小盘，在小车1～5的对应盘中分别放质量为m～5m

的砝码．每辆小车后端系一条细线，用长木条将细线同时按压在木板上，如图所示．抬起长木条，五辆小车同时开始运动，按下长木条，五辆小车同时停下．用刻度尺分别测出小车移动的位移为x1、x2、x3、x4、x5.用小盘和砝码的重力代替小车前端细线的拉力，重力加速度取g.回答下列问题：(1)实验时，水平木板________(