高考总复习 物理3-4

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3．平衡摩擦力不准造成误差：在平衡摩擦力时，除 了不挂重物外，其他的都跟正式实验一样(比如要挂好纸
带、接通打点计时器)，匀速运动的标志是打点计时器打
出的纸带上各点的距离相等．
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典例剖析
【例1】
在“验证牛顿第二定律”的实验中，测得
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3．每条纸带必须在满足小车与车上所加砝码的总质 量远大于重物质量的条件下打出．只有如此，重物重力才
可视为小车受到的拉力．
4．改变拉力和小车质量后，每次开始时小车应尽量 靠近打点计时器，并应先接通电源，再放开小车，且应在 小车到达滑轮前按住小车． 5．作图象时，要使尽可能多的点在所作直线上，不 在直线上的点应尽可能对称分布在所作直线两侧．
绳拴在小车上，A错；选项B、C、D符合正确的操作方法，
B、C、D对． 答案：BCD
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源自文库
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2．“验证牛顿运动定律”的实验，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
答案：(1)0.16(0.15也算对) (2)见图10
图10 (3)未计入砝码盘的重力
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高分通道
(1)审题要细心，每5个点取一个计数点，故T＝0.1 s， 而不是0.02 s. (2)描点要细心，不可用折线连接各点． (3)以小车为研究对象研究a－F关系时，为减小系统
误差，要求满足m≪M的条件，故很容易认为本题中图线
不过原点的原因就是未满足m≪M，从而失分．由题述实 验操作过程可知，在实验中是以小车、砝码和砝码盘组成 的系统为研究对象，不存在上述系统误差，而表格中只把 砝码的重力作为系统所受合外力，显然是不妥的 .
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随堂检测 1．在利用打点计时器和小车来做“验证牛顿运动定
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；
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(3)根据提供的实验数据作出的 a－F图线不通过原 点．请说明主要原因．
(2)见答案． (3)小车、砝码盘和砝码组成的系统所受合外力为砝码 盘和砝码的总重力，而表中数据漏计了砝码盘的重力，导 致合力F的测量值小于真实值，a－F的图线不过原点．
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四、数据处理
1．把小车在不同力作用下产生的加速度填在下表中：
实验次数 1 2 3 4
加速度a/(m·s－2)
小车受力F/N
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由以上数据画出它的a—F关系图象如图2所示． 通过a—F关系图象，我们可以得出小车的加速度a与 力F成正比．
图2
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6．作图时两轴标度比例要选择适当．各量须采用国 际单位．这样作图线时，坐标点间距不至于过密，误差会
小些．
7．为提高测量精度，可以采取下列措施： (1)应舍掉纸带上开头比较密集的点，在后边便于测量 的地方找一个起点． (2)可以把每打五次点的时间作为时间单位，即从开始 点起，每隔五个点标出一个计数点，而相邻计数点间的时 间间隔为T＝0.1秒．
实验次数 小车质量(g) 小车加速度 (m/s2)
1 2 3 4 5 6 200 300 400 500 600 1000 2.00 1.33 0.79 0.67 0.40
小车质量倒数 5.00 3.33 2.50 2.00 1.67 1.00 (kg－1)
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答案：(1)0.99
(2)如图7所示 (3)在拉力一定时，物体的加速度与质量成反比(与质 量的倒数成正比)
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高分通道 验证牛顿第二定律实验主要是验证力、加速度与质量
三者间的关系，可以将实验数据分别通过数学公式验证是
否符合牛顿第二定律即可，也可将实验数据描绘在图象中， 结合实验数据和实验操作仔细分析实验中存在的系统误差 和偶然误差．偏离直线太大的数据为无效数据，要删除， 不要把图线画成过各点的折线．
图5
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(1)由纸带上的数据，计算出缺少的加速度值并填入表 中(小数点后保留两位数)．
(2)建立合适的坐标系，如图6，将表中各组数据用小
黑点描在坐标纸上，并作出平滑的图线．
图6
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(3)由图象得出的结论是：___________________. 解析：物体的加速度可以由纸带利用逐差法求得．为
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六、误差分析 1．质量的测量误差，纸带上打点计时器打点间隔距
离的测量误差，拉线或纸带不与木板平行等都会造成误
差． 2．因实验原理不完善造成误差：本实验中用重物的 重力代替小车受到的拉力(实际上小车受到的拉力要小于 重物的重力)，存在系统误差．重物质量越接近小车的质 量，误差就越大；反之，重物质量越小于小车的质量，误 差就越小．
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【例3】“探究加速度与物体质量、物体受力的关系” 的实验装置如图8甲所示．
图8
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(1)在平衡小车与桌面之间摩擦力的过程中，打出了一 条纸带如图乙所示．计时器打点的时间间隔为0.02 s．从
比较清晰的点起，每5个点取一个计数点，量出相邻计数
点之间的距离．该小车的加速度a＝________m/s2.(结果保 留两位有效数字) (2) 平 衡 摩 擦 力 后 ， 将 5 个 相 同 的 砝 码 都 放 在 小 车 上．挂上砝码盘，然后每次从小车上取一个砝码添加到砝 码盘中，测量小车的加速度．小车的加速度a与砝码盘中 砝码总重力F的实验数据如下表：
了便于研究a与m之间的关系，可以作出a－图象，图象为
直线说明物体在拉力一定时加速度与质量成反比． (1)a的计算利用逐差法
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(2)描点绘图，如图7所示
图7
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(3)由图象知a－
图象是一条过原点的直线，即在拉
力一定时，物体的加速度与质量成反比．
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(1)由表一、表二数据用描点法作出a－F图象、a－ 图象．
(2)由图象可得加速度与力是什么关系？加速度与质量
是什么关系？ (3)物体的质量M为多少？产生加速度的力为多大？
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解析：本题主要考查用图象法处理实验数据的能力． (1)建立坐标系，确定标度，描点画出，得出a－F图
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5．保持小车总质量不变，改变砂的质量(均要用天平
称量)，按步骤4中方法打好纸带并作好标记．
6．在每条纸带上都选取一段比较理想的部分，算出 加速度的值． 7．用纵坐标表示加速度，横坐标表示作用力(即砂和 桶的总重力)，根据实验结果描出相应的点，如这些点在
一条直线上，便证明了加速度与作用力成正比．
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8．保持砂和桶的质量不变，在小车上加放砝码(也需 记录好)，重复上面的实验步骤，求出相应的加速度，用 纵坐标表示加速度a，横坐标表示质量的倒数 ，
根据实验结果描出相应的点，如果这些点在一条直线上，
就证明了加速度与质量成反比．
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的加速度a和F的关系数据记录如表一，测得的加速度a和
1/M的关系数据记录如表二．
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表一 a/(m·s－2) F/N 1.98 1.00 4.06 2.00 5.95 3.00 8.12 4.00
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表二 a/(m·s－2) 1/M(kg－1) 2.04 0.50 2.66 0.67 3.23 0.80 3.98 1.00
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二、实验器材
附有定滑轮的长木板；薄木板；小车；细线；小桶及 砂；打点计时器；低压交流电源；导线；天平(带一套砝 码)；砝码；毫米刻度尺；纸带及复写纸等．
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三、实验步骤
1．用天平测出小车和小桶的质量M和M′，并把数值 记录下来． 2．按图1所示，安装实验器材，只是不把悬挂小桶用 的细绳系在车上，即不给小车施加牵引力．
1 通过 a—M 和 a—M关系图象， 我们可以得出小车的加 1 速度 a 与质量 M 成反比，与质量的倒数M成正比．
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五、注意事项 1．一定要做好平衡摩擦力的工作，也就是调出一个
合适的斜面，使小车的重力沿着斜面方向的分力正好平衡
小车受的摩擦阻力．在平衡摩擦力时，不要把悬挂重物的 细线系在小车上，即不要给小车加任何牵引力，并要让小 车拖着打点的纸带运动． 2．整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变重物 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．
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2．把不同质量的小车在相同力作用下产生的加速度
填在下表中：
实验次数
1 2 3 4
加速度a/(m·s－2)
小车质量 M/kg
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由以上数据画出它的a—M图象及a— 甲、乙所示．
图象，如图3
图3
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图1
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3．平衡摩擦力：在长木板的不带定滑轮的一端下面
垫薄木板并反复移动其位置，直到在打点计时器正常工作
后，小车在斜面上运动时可以保持匀速直线运动状态为 止． 4．记录小车内所加砝码的质量，称好砂子后将砂倒 入小桶，把细绳系在小车上并绕过滑轮悬挂小桶，此时要 调整定滑轮的高度使绳与木板平行，接通电源，放开小车， 待打点计时器在纸带上打好点后取下纸带并作好标记．
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砝码盘中砝码 总重力F(N)
加速度a(m·s－2)
0.19 6
0.69
0.39 2
1.18
0.58 8
1.66
0.78 4
2.18
0.98 0
2.70
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请根据实验数据作出a－F的关系图象．
图9
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第四单元 实验：验证牛顿运动定律
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考点聚焦 一、实验原理
1．保持研究对象即小车的质量不变，改变砂桶内砂
的质量，即改变牵引力测出小车的对应加速度，用图象法 验证加速度是否正比于作用力． 2．保持砂桶内砂的质量不变，改变研究对象的质量， 即往小车内加砝码，用电磁打点计时器测出小车的对应加 速度，用图象法验证加速度是否反比于质量．
象和a－
图象分别如图4甲、乙所示．
(2)正比关系
图4 反比关系
(3)0.50 kg
4.02 N
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答案：（1）见解析图 （2）正比 反比 （3）0.50Kg 4.02N
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【例2】
某学习小组的同学在用打点计时器探究物
体的加速度与物体的质量之间的关系实验中，不改变拉力， 只改变物体的质量，得到了如下表所示的几组数据，其中 第3组数据还未算出加速度，但对应该组已打出了纸带， 如图5所示(长度单位：cm)，图中各点为每打5个点选出的
计数点(两计数点间还有4个打点未标出).
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律”的实验时，下列说法中正确的是
(
)
A．平衡摩擦力时，应将砝码盘及盘内砝码通过定滑 轮拴在小车上 B．连接砝码盘和小车的细绳应跟长木板保持平行 C．平衡摩擦力后，长木板的位置不能移动
D．小车释放前应靠近打点计时器，且应先接通电源
再释放小车
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解析：本题考查实验过程中应注意的事项，选项A中 平衡摩擦力时，不能将砝码盘及盘内砝码(或小桶)通过细