高考物理一轮复习 第三章 牛顿运动定律 实验4 验证牛顿运动定律课件 新人教版

和0.47范围内都给分) (6)BC
1
解析:(3)小滑车释放后做初速度为零的匀加速直线运动满足x= 2
at2①
由题图(b)知,当x=0.8 m时,t=2.00 s,代入①式解得a=0.40 m/s2
命题点一
命题点二
(4)描点作图a-n图线如图:
(5)对钩码与小滑车组成的系统有
nmg=(m'+5m)a
n
1
a/(m·s-2)
0.20
2
3
4
5
0.58
0.78
1.00
图(b)
命题点一
命题点二
(4)利用表中的数据在图(c)中补齐数据点,并作出a-n图象。从图
象可以看出:当物体质量一定时,物体的加速度与其所受的合外力
成正比。
图(c)
命题点一
命题点二
(5)利用a-n图象求得小车(空载)的质量为
kg(保留2位有
上的小滑车相连,另一端可悬挂钩码。本实验中可用的钩码共有
N=5个,每个质量均为0.010 kg。实验步骤如下:
图(a)
命题点一
命题点二
(1)将5个钩码全部放入小车中,在长木板左下方垫上适当厚度的
小物块,使小车(和钩码)可以在木板上匀速下滑。
(2)将n(依次取n=1,2,3,4,5)个钩码挂在轻绳右端,其余N-n个钩码
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M=0.4 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
。
A.m1=5 g
B.m2=15 g
C.m3=40 g D.m4=400 g
(3)在此实验中,需要测得每一个牵引力对应的加速度,其中求得
的加速度的表达式为
(用Δt1、Δt2、D、s
cm。由此可算出小车的加速度a=
m/s2(保留两位有效数字)。
(c)
命题点一
命题点二
答案:(1)长木板的倾角过大 未挂砂桶 (2)1.80 5.0
解析:(1)根据图象(b)可知,当没有悬挂砂桶时,小车已经产生加速
度,由此可知在操作个过程中,平衡摩擦力过度即长木板的倾角过
大,图中a0表示的是未挂砂桶时小车的加速度大小。
'+5
n-μg。
由此知图线不过原点,且斜率增大,故B、C选项正确。
命题点一
命题点二
思维点拨此实验与教材中实验对比,研究对象一样吗?
答案:不一样,教材实验中研究对象是小车,此实验中的研究对象
是小车和钩码(包括悬挂的钩码)。
命题点一
命题点二
例3实验:用如图甲所示的装置探究加速度a与力F的关系,带滑轮
1
2
2

此题,弹簧测力计的示数 F= F 合 ,故小车质量为 m= 。
(4)两股细绳拉小车,所以小车与砂桶的加速度是2倍关系,所以砂
和砂桶的加速度为2a。
(5)因为砂和砂桶有加速度,所以绳的拉力小于砂和砂桶的重力,
即弹簧测力计的读数小于砂和砂桶的重力。
命题点一
命题点二
例4(2018·山东临沭月考)为了探究加速度与力的关系,使用如图

0.1N
代入数据解得 a='+5 n='+0.05kgn
1
5
0.1
' +0.05
由图象知 k= ,故
1
5
= ,
解得m'=0.45 kg。
(6)若木板保持水平,则对系统由牛顿第二定律得nmg-μ[m'+(Nn)m]g=(m'+Nm)a
(1 +)
a=
' +
(1+)
n-μg=
图a
图b
(1)若已平衡好摩擦力,在小车做匀加速直线运动过程中绳子拉力
F T=
,当M与m的大小关系满足
时,才可以认
为绳对小车的拉力大小等于盘和盘中砝码的重力。
(2)某一组同学先保持盘及盘中的砝码质量m一定来做实验,其具体
操作步骤如下,以下做法正确的是
。
A.平衡摩擦力时,应将盘及盘中的砝码用细绳通过定滑轮系在小车
效数字,重力加速度g取9.8 m·s-2)。
(6)若以“保持木板水平”来代替步骤(1),下列说法正确的是
(填入正确选项前的标号)。
A.a-n图线不再是直线
B.a-n图线仍是直线,但该直线不过原点
C.a-n图线仍是直线,但该直线的斜率变大
答案:(3)0.40(0.37~0.49均对) (4)a-n图线见解析 (5)0.45(在0.43
(4)图c是某次实验中得到的纸带。已知打点计时器使用的交流电
源频率为50 Hz,每相邻两个计数点间还有4个点未画出,求出小车下
滑的加速度为
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,让小车拉着穿过打点计时器的纸带匀速
运动。
2.不重复平衡摩擦力。
3.实验条件:m0≫m'。
4.一先一后一按:开始时小车应尽量靠近打点计时器,先接通电源,
后释放小车,在小车到达滑轮前按住小车。
命题点一
命题点二
教材原型实验
远小于M的质量。
(3)滑块经过光电门时的速度近似等于滑块经过光电门时的平均
D
速度,可由v= t 求出,然后由匀变速运动的速度位移公式求出滑块
的加速度。
1.在探究物体的加速度a与物体所受外力F、物体质量M间的关系
时,采用如图a所示的实验装置。小车及车中的砝码质量用M表示,
盘及盘中的砝码质量用m表示。
木块,反复移动薄木块的位置,直至小车能拉着纸带匀速下滑。
4.测量加速度
(1)保持小车的质量不变,打出一条纸带。计算小盘和砝码的重力
由纸带计算出小车的加速度,并填入表中。改变小盘内砝码的个数,
并多做几次。
(2)保持小盘内的砝码个数不变,在小车上放上砝码改变小车的质
量,让小车在木板上滑动打出纸带。计算砝码和小车的总质量m0,
仍留在小车内;用手按住小车并使轻绳与木板平行。释放小车,同
时用传感器记录小车在时刻t相对于其起始位置的位移s,绘制s-t图
象,经数据处理后可得到相应的加速度a。
命题点一
命题点二
(3)对应于不同的n的a值见下表。n=2时的s-t图象如图(b)所示:由
图(b)求出此时小车的加速度(保留2位有效数字),将结果填入下表。
实验4 验证牛顿运动定
律
一、实验目的
1.学会用控制变量法研究物理量的关系。
2.探究加速度与力、质量的关系。
3.掌握利用图象处理数据的方法。
二、实验原理
1.保持质量不变,探究加速度跟合外力的关系。
2.保持合外力不变,探究加速度与质量的关系。
1
3.作出a-F图象和a- m 图象,确定其关系。
三、实验器材
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Δt1、Δt2都可以被测量并记录。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s,牵引砝码的
质量为m。
命题点一
命题点二
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
的质量
(2)若要把小车所受拉力视为小车所受的合力,在进行上述实验操
作之前,首先应该完成的实验步骤是
。
(3)根据实验数据,画出了如图乙所示的a-F图象,测得斜率为k,则
小车的质量为
。
命题点一
命题点二
(4)若某次实验,求得小车的加速度为a,则此时砂和砂桶的加速度
为
。
(5)若弹簧测力计的读数为F,则F
(填“大于”“等于”或“小
通过第二个光电门的速度

Δ 1

v 2 =Δ
2
根据运动学公式
则加速度为
2 2 - 1 2
a=
Δ 2 2
−
1
Δ 1 2
。
命题点一
命题点二
思维点拨(1)当气垫导轨水平时,滑块做匀速直线运动,通过光电
门的速度相等,即光电门的挡光时间相等。
(2)在实验中,认为m的重力等于滑块所受的合力,所以m的质量应
表示)。
命题点一
命题点二
答案:(1)将滑行器自由放在导轨上,并轻推滑行器,看其能否做匀
速运动
(2)D
2
(3) 2
1
Δ2 2
1
− Δ
1
2
解析:(1)气垫导轨可以认为是光滑的,在判断其是否水平时可以
采取的方法是接通气源,将滑块静置于气垫导轨上,滑块基本保持
静止说明导轨是光滑的,或接通气源,将滑块静置于气垫导轨上,轻
于”)mg(m为砂和砂桶的总质量)。
答案:(1)A (2)平衡摩擦力 (3)
2

(4)2a (5)小于
解析:(1)打点计时器运用时,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,A正确;要探究加速度与质量的关系时,就要改变小车的质量,这
个实验是研究加速度随F变化关系,B错误;拉力可以由弹簧测力计
的长木板水平放置,弹簧测力计固定在墙上。
甲
乙
命题点一
命题点二
(1)实验时,一定要进行的操作是
。(填选项字母)
A.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,
根据纸带的数据求出加速度a,同时记录弹簧测力计的示数F
B.改变小车的质量,打出几条纸带
C.用天平测出砂和砂桶的总质量
D.为减小误差,实验中一定要保证砂和砂桶的总质量远小于小车
六、误差分析
1.实验原理不完善:本实验用小盘和砝码的总重力m'g代替小车
的拉力,而实际上小车所受的拉力要小于小盘和砝码的总重力。
2.摩擦力平衡不准确、质量测量不准确、计数点间距测量不准
确、纸带和细绳不严格与木板平行都会引起误差。
七、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
推滑块,滑块能基本做匀速直线运动。
(2)在该实验中实际是mg=(M+m)a,要满足mg=Ma,应该使砝码的
总质量远小于滑块的质量。
若取M=0.4 kg,改变m的值,进行多次实验,m4=400 g不能满足,故
选D。
命题点一
命题点二
(3)根据遮光条通过光电门的速度可以用平均速度代替得
通过第一个光电门的速度 v 1 =
足,分析图示图象答题。
(2)根据图示刻度尺求出两点间的距离,然后应用匀变速直线运动
的推论Δx=aT2求出加速度。
命题点一
命题点二
实验拓展创新
以本实验为背景,通过改变实验条件、实验仪器和实验数据的处
理设置题目,或者通过实验原理的拓展来设置题目。
一、实验器材的改进
气垫导轨(不用平衡摩擦力)
长木板
命题点一
(2)根据刻度尺的示数可知:Δs=sDG-sAD=3.90 cm-2.10 cm=1.80
cm=0.018 0 m,时间间隔为T=0.06 s,
由匀变速直线运动的推论:Δx=aT2可知加速度
Δ
2
a=
=
0.018 0
0.06 2
m/s2=5.0 m/s2。
思维点拨(1)实验前要恰好平衡摩擦力,不能平衡摩擦力过度或不
上
B.每次改变小车的质量时,需要重新平衡摩擦力
C.实验时,先接通打点计时器的电源,再放开小车
D.用天平测出m以及小车质量M,小车运动的加速度可直接用公式
mg
a= M 求出
(3)某小组同学保持小车及车中的砝码质量M一定,探究加速度a与
所受外力F的关系,由于他们操作不当,这组同学得到的a-F关系图象
如图b所示,其原因是 。
测出,不需要用天平测出砂和砂桶的质量,也就不需要使小桶(包括
砂)的质量远小于车的总质量,C、D错误;故选A。
命题点一
命题点二
(2)小车在运动中要受到木板对小车的摩擦力和纸带与打点计时
器间的摩擦力,要把小车所受拉力视为小车所受的合力,就要平衡
摩擦力。
(3)对a-F图象来说,图象的斜率表示小车质量的倒数,
例1(2018·山东枣庄质检)用图(a)所示的实验装置验证牛顿第二
定律。
(1)某同学通过实验得到如图(b)所示的a-F图象,造成这一结果的
原因是在平衡摩擦力时
。图中a0表
示的是
时小车的加速度。
(a)
(b)
命题点一
命题点二
(2)某同学得到如图(c)所示的纸带。已知打点计时器电源频率为
50 Hz。A、B、C、D、E、F、G是纸带上7个连续的点。Δs=sDGsAD=
并由纸带计算出小车对应的加速度,填入表中。改变小车上砝码的
个数,多做几次。
五、数据处理
1.利用Δx=aT2及逐差法求a。
2.以a为纵坐标,F为横坐标,根据各组数据描点,如果这些点在一
条过原点的直线上,说明a与F成正比。
1
3.以a为纵坐标, m 为横坐标,描点、连线,如果该线为过原点的直
线,就能判定a与m成反比。
打点计时器、纸带、复写纸、小车、一端附有定滑轮的长木板、
小盘、夹子、细绳、低压交流电源、导线、天平、刻度尺、砝码。
四、实验步骤
1.称量质量——用天平测量小盘的质量m1和小车的质量m2。
2.安装器材——按如图所示装置安装器材(只是不把悬挂小盘的
细绳系在小车上)。
3.平衡摩擦力——在长木板不带定滑轮的一端下面垫上一块薄
命题点二
二、数据测量的改进
三、实验的拓展延伸
以验证牛顿运动定律为背景测量物块与木板间的动摩擦因数。
命题点一
命题点二
例2(2016·全国卷Ⅲ)某物理课外小组利用图(a)中的装置探究物
体加速度与其所受合外力之间的关系。图中,置于实验台上的长木
板水平放置,其右端固定一轻滑轮;轻绳跨过滑轮,一端与放在木板