高考物理一輪復(fù)習 專題四 驗證牛頓運動定律實驗探究(1).doc

實驗四驗證牛頓運動定律實驗?zāi)康尿炞C牛頓第二定律；學(xué)會用控制變量法研究物理規(guī)律；學(xué)會利用圖象處理數(shù)據(jù)實驗原理保持作用力不變，確定加速度與質(zhì)量的大小關(guān)系；保持質(zhì)量不變，探究加速度跟合外力的關(guān)系；作出af圖象和a圖象，確定其關(guān)系實驗器材小車，砝碼，小盤，細線，附有定滑輪的長木板，墊木，打點計時器，低壓交流電源，導(dǎo)線兩根，紙帶，復(fù)寫紙，托盤天平，米尺注意事項1在平衡摩擦力時，不要把懸掛小盤的細線系在小車上，即不要給小車加任何牽引力，并要讓小車拖著打點的紙帶運動2每條紙帶必須在滿足小車與車上所加砝碼的總質(zhì)量遠大于小盤和砝碼的總質(zhì)量的條件下打出只有如此，小車受到的拉力才可視為等于小盤和砝碼的總重力3改變拉力和小車質(zhì)量后，每次開始時小車應(yīng)盡量靠近打點計時器，并應(yīng)先接通電源，再放開小車，且應(yīng)在小車到達滑輪前按住小車4作圖象時，要使盡可能多的點分布在所作直線上，不在直線上的點應(yīng)盡可能對稱分布在所作直線兩側(cè)5作圖時兩軸標度比例要選擇適當，各量須采用國際單位這樣作圖線時，坐標點間距不至于過密，誤差會小些實驗步驟1用天平測出小車、砝碼的質(zhì)量m和小盤與砝碼的總質(zhì)量m，把數(shù)據(jù)記錄下來2把實驗器材安裝好，平衡摩擦力3保持小車和砝碼的質(zhì)量不變，改變小盤和砝碼的總質(zhì)量m做5次實驗4算出每條紙帶對應(yīng)的加速度的值5用縱坐標表示加速度a，橫坐標表示作用力f，即小盤與砝碼的總重力mg，根據(jù)實驗結(jié)果在坐標平面上描出相應(yīng)的點，作圖線6保持小盤和砝碼的質(zhì)量不變，在小車上加砝碼，重復(fù)上面的實驗用縱坐標表示加速度a，橫坐標表示小車和車內(nèi)砝碼總質(zhì)量的倒數(shù)，在坐標平面上根據(jù)實驗結(jié)果描出相應(yīng)的點并作出圖線實驗結(jié)論加速度與合外力成正比，與質(zhì)量成反比誤差來源1測量誤差(1)質(zhì)量的測量(2)打點間隔距離的測量2操作誤差(1)拉線或紙帶與木板不平行(2)傾斜角度不當，平衡摩擦力不準3原理誤差本實驗中用小盤和砝碼的總重力代替小車受到的拉力(實際上小車受到的拉力要小于小盤和砝碼的總重力)，存在系統(tǒng)誤差7實驗原理及數(shù)據(jù)處理(2014石家莊模擬)用如圖341所示的實驗裝置，探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系圖341實驗中，將一端帶滑輪的長木板放在水平實驗臺上，實驗小車通過輕細線跨過定滑輪與鉤碼相連，小車與紙帶相連，打點計時器所用交流電的頻率為f50 hz.在保持實驗小車質(zhì)量不變的情況下，放開鉤碼，小車加速運動，處理紙帶得到小車運動的加速度a；改變鉤碼的個數(shù)，重復(fù)實驗(1)實驗過程中打出的一條紙帶如圖342，在紙帶上便于測量的地方選取第一個計數(shù)點，在這個點上標明a，第六個點上標明b，第十一個點上標明c，第十六個點上標明d，第二十一個點上標明e.測量時發(fā)現(xiàn)b點已模糊不清，于是測得ac的長度為12.30 cm，cd的長度為6.60 cm，de的長度為6.90 cm，則小車運動的加速度a_m/s2.圖342(2)根據(jù)實驗測得的數(shù)據(jù)，以小車運動的加速度a為縱軸，鉤碼的質(zhì)量m為橫軸，得到如圖343所示的am圖象，已知重力加速度g10 m/s2.圖343由圖象求出實驗小車的質(zhì)量為_kg；平衡摩擦力時，長木板與水平實驗臺傾角的正切值約為_【解析】(1)設(shè)a到b之間的距離為x1，b到c之間的距離為x2，c到d之間的距離為x3，d到e之間的距離為x4，根據(jù)勻變速直線運動的推論公式xat2可以求出加速度的大小，得：x3x12a1t2，x4x22a2t2，為了更加準確的求解加速度，我們對兩個加速度取平均值得：a(a1a2)，即小車運動的加速度計算表達式為：a，am/s20.3 m/s2.(2)由題意可知ak，故圖線的斜率等于，解得m車1.0 kg；平衡摩擦力時，長木板與水平實驗臺傾角較小，其正切值近似等于正弦值， 由題圖可知摩擦力約為0.1 n，故傾角的正切值約為0.01.【答案】(1)0.3(2)1.00.01與牛頓定律有關(guān)的探究實驗(2010山東高考)某同學(xué)設(shè)計了如圖344所示的裝置來探究加速度與力的關(guān)系彈簧秤固定在一合適的木板上，桌面的右邊緣固定一支表面光滑的鉛筆以代替定滑輪，細繩的兩端分別與彈簧秤的掛鉤和礦泉水瓶連接圖344在桌面上畫出兩條平行線mn、pq，并測出間距d.開始時將木板置于mn處，現(xiàn)緩慢向瓶中加水，直到木板剛剛開始運動為止，記下彈簧秤的示數(shù)f0，以此表示滑動摩擦力的大小再將木板放回原處并按住，繼續(xù)向瓶中加水后，記下彈簧秤的示數(shù)f1，然后釋放木板，并用秒表記下木板運動到pq處的時間t.(1)木板的加速度可以用d、t表示為a_；為了減小測量加速度的偶然誤差可以采用的方法是(一種即可)_(2)改變瓶中水的質(zhì)量重復(fù)實驗，確定加速度a與彈簧秤示數(shù)f1的關(guān)系下列圖象能表示該同學(xué)實驗結(jié)果的是_(3)(多選)用加水的方法改變拉力的大小與掛鉤碼的方法相比，它的優(yōu)點是_a可以改變滑動摩擦力的大小b可以更方伿地獲取多組實驗數(shù)據(jù)c可以比較精確地測出摩擦力的大小d可以獲得更大的加速度以提高實驗精度【解析】(1)木板在繩子拉力的作用下做初速度為零的勻加速直線運動，由dat2可知：a.為了減小測量加速度的偶然誤差可以采用的方法是保持f1不變，重復(fù)實驗多次測量d、t，取平均值(2)該實驗原理與教材實驗原理類似，同樣需要滿足木板的質(zhì)量m遠大于礦泉水瓶的質(zhì)量m，此時可認為繩上的拉力ft近似等于彈簧秤示數(shù)f1.本實驗中沒有平衡摩擦力，但通過題意可知木板受到的摩擦力為f0，木板受到的合外力為(f1f0)圖象反映的是a與f1的關(guān)系，而不是a與(f1f0)的關(guān)系，所以圖象不過原點當f1增大時，即礦泉水瓶的質(zhì)量m增大時，實驗的前提條件不再滿足，此時a越大，繩上的拉力ft就越小于彈簧秤示數(shù)f1，加速度增加得就越慢，圖線向下彎曲，c正確(3)用加水的方法改變拉力的大小與掛鉤碼的方法相比，它的優(yōu)點是可以更方便地獲取多組實驗數(shù)據(jù)和比較精確地測出摩擦力的大小，b、c說法是正確的兩種實驗方法都不能改變滑動摩擦力的大小，a錯誤；通過(2)中分析可以知道當加速度增大時，實驗條件便不再滿足，此時實驗誤差變大，d說法錯誤【答案】(1)2d/t2保持f1不變，重復(fù)實驗多次測量，求平均值(2)c(3)bca組雙基題組1(多選)在利用打點計時器和小車做“驗證牛頓運動定律”的實驗時，下列說法中正確的是()a平衡摩擦力時，應(yīng)將砝碼盤及盤內(nèi)砝碼通過定滑輪拴在小車上b連接砝碼盤和小車的細繩應(yīng)跟長木板保持平行c平衡摩擦力后，長木板的位置不能移動d小車釋放前應(yīng)靠近打點計時器，且應(yīng)先接通電源再釋放小車【解析】本題考查實驗過程中應(yīng)注意的事項，選項a中平衡摩擦力時，不能將砝碼盤及盤內(nèi)砝碼(或小桶)通過細繩拴在小車上，a錯；選項b、c、d符合正確的操作方法，b、c、d對【答案】bcd2用如圖345所示的實驗裝置可以探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系小車上固定一個盒子，盒子內(nèi)盛有砂子，小車的總質(zhì)量(包括車、盒子及盒內(nèi)砂子)記為m，砂桶的總質(zhì)量(包括桶以及桶內(nèi)砂子)記為m.圖345(1)驗證“在質(zhì)量不變的情況下，加速度與合外力成正比”從盒子中取出一些砂子，裝入砂桶中，稱量并記錄砂桶的總重力mg，將該力視為合外力f，對應(yīng)的加速度a則從打點紙帶中計算得到多次改變合外力f的大小，每次都會得到一個相應(yīng)的加速度以合外力f為橫軸、加速度a為縱軸畫出af圖象，圖象是一條過原點的直線af圖象斜率的物理意義是_你認為把砂桶的總重力mg當作合外力f是否合理？答：_(填“合理”或“不合理”)(2)驗證 “在合外力不變的情況下，加速度與質(zhì)量成反比”本次實驗中，保持桶內(nèi)的砂子質(zhì)量不變，故系統(tǒng)所受的合外力不變用圖象法處理數(shù)據(jù)時，以加速度a為縱軸，以_為橫軸，才能保證圖象是一條過原點的直線【解析】(1)本題是對教材中已有的“驗證牛頓第二定律實驗”方案的創(chuàng)新本題中“從盒子中取出一些砂子，裝入砂桶中”說明小車的質(zhì)量是變化的，而此項操作是要求驗證“在質(zhì)量不變的情況下，加速度與合外力成正比”，顯然研究對象不再是小車，仔細審題后不難發(fā)現(xiàn)，研究對象應(yīng)該是小車與砂桶所組成的系統(tǒng)，是系統(tǒng)的總質(zhì)量(mm)保持不變af圖象的斜率表示，故把砂桶的總重力mg當做(系統(tǒng)所受的)合外力f是合理的(2)此項操作中明確說明了“系統(tǒng)所受的合外力不變”，因此，應(yīng)以系統(tǒng)總質(zhì)量的倒數(shù)即為橫軸，以加速度a為縱軸，畫出a圖象，圖象才是一條過原點的直線【答案】(1)合理(2)b組高考題組3(2011山東高考)某探究小組設(shè)計了“用一把尺子測定動摩擦因數(shù)”的實驗方案如圖346所示，將一個小球和一個滑塊用細繩連接，跨在斜面上端圖346開始時小球和滑塊均靜止，剪斷細繩后，小球自由下落，滑塊沿斜面下滑，可先后聽到小球落地和滑塊撞擊擋板的聲音保持小球和滑塊釋放的位置不變，調(diào)整擋板位置，重復(fù)以上操作，直到能同時聽到小球落地和滑塊撞擊擋板的聲音用刻度尺測出小球下落的高度h、滑塊釋放點與擋板處的高度差h和沿斜面運動的位移x.(空氣阻力對本實驗的影響可以忽略)(1)滑塊沿斜面運動的加速度與重力加速度的比值為_(2)滑塊與斜面間的動摩擦因數(shù)為_(3)(多選)以下能引起實驗誤差的是_a滑塊的質(zhì)量b當?shù)刂亓铀俣鹊拇笮長度測量時的讀數(shù)誤差d小球落地和滑塊撞擊擋板不同時【解析】(1)同時聽到聲音說明小球與木塊運動時間相同，設(shè)都為t，則小球做自由落體運動，hgt2，木板沿斜面下滑做勻加速直線運動，xat2，由以上兩式可得.(2)對木塊進行受力分析如圖所示，由牛頓第二定律得沿斜面方向：mgsin ffma垂直斜面方向：fnmgcos 0又有：fffn由以上三式解得agsin gcos ，將代入可得：.(3)由動摩擦因數(shù)的表達式可知選c、d.【答案】(1)(2)(3)cd4(2012安徽高考)圖347為“驗證牛頓第二定律”的實驗裝置示意圖砂和砂桶的總質(zhì)量為m，小車和砝碼的總質(zhì)量為m.實驗中用砂和砂桶總重力的大小作為細線對小車拉力的大小圖347(1)實驗中，為了使細線對小車的拉力等于小車所受的合外力，先調(diào)節(jié)長木板一端滑輪的高度，使細線與長木板平行接下來還需要進行的一項操作是()a將長木板水平放置，讓小車連著已經(jīng)穿過打點計時器的紙帶，給打點計時器通電，調(diào)節(jié)m的大小，使小車在砂和砂桶的牽引下運動，從打出的紙帶判斷小車是否做勻速運動b將長木板的一端墊起適當?shù)母叨?，讓小車連著已經(jīng)穿過打點計時器的紙帶，撤去砂和砂桶，給打點計時器通電，輕推小車，從打出的紙帶判斷小車是否做勻速運動c將長木板的一端墊起適當?shù)母叨?，撤去紙帶以及砂和砂桶，輕推小車，觀察判斷小車是否做勻速運動(2)實驗中要進行質(zhì)量m和m的選取，以下最合理的一組是()am200 g，m10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、40 gbm200 g，m20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 gcm400 g，m10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、40 gdm400 g，m20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 g(3)圖348是實驗中得到的一條紙帶，a、b、c、d、e、f、g為7個相鄰的計數(shù)點，相鄰的兩個計數(shù)點之間還有四個點未畫出，量出相鄰的計數(shù)點之間的距離分別為：sab4.22 cm、sbc4.65 cm、scd5.08 cm、sde5.49 cm，sef5.91 cm，sfg6.34 cm.已知打點計時器的工作頻率為50 hz，則小車的加速度a_m/s2.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)圖348【解析】(1)在“驗證牛頓第二定律”的實驗中，為了使細線對小車的拉力等于小車所受的合外力，則需要平衡摩擦力，并使細線與長木板平行平衡摩擦力的方法是只讓小車牽引紙