(通用版)2020高考物理大一轮复习第3单元牛顿运动定律实验四验证牛顿第二定律课件新人教版.pptx
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1、实验四 验证牛顿第二定律,实验溯本求源实验热点探究课时巩固训练教师备用习题,一、实验目的 1.学会用 法探究加速度a与力F、质量M的关系. 2.掌握利用 处理问题的方法. 二、实验原理 本实验中,探究加速度a与力F、质量M的关系,可以先保持 不变,研究a和M的关系,再保持M不变,研究a和F的关系.,控制变量,图像,F,三、实验器材 一端有定滑轮的长木板、 、复写纸和纸带、小车、小盘、重物、电磁打点计时器、天平、砝码、刻度尺、导线. 四、实验步骤 1.用天平测出小车的质量M和盘的质量m0,把数值记录下来. 2.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
2、动其位置,直至不挂盘和重物时小车刚好能在斜面上保持匀速直线运动为止.,低压交流电源,4.将盘和重物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,改变盘中重物的质量,重复步骤4,每次记录必须在相应的纸带上做上标记,将记录的数据填写在表格内. 6.建立坐标系,用纵坐标表示加速度,横坐标表示力,在坐标系中描点,画出相应的图线,探究a与F的关系. 7.保持盘和重物的质量不变,改变小车的质量(在小车上增减砝码),探究a与M的关系.,热点一 实验原理与实验操作,例1 在用如图S4-1所示的装置做“验证牛顿第二定律”的实
3、验中,保持小车质量一定时,验证小车加速度a与合外力F的关系. (1)除了电火花计时器、纸带、刻度尺、 小车、砝码、拴有细线的砝码盘、附 有定滑轮的长木板、垫块、导线及开 关外,在下列器材中还必须使用的 有 (填选项前的字母). A.220 V、50 Hz的交流电源 B.电压可调的直流电源 C.秒表 D.天平(附砝码),图S4-1,(2)实验中,需要平衡小车运动时的摩擦阻力,正确的做法是 (填选项前的字母). A.小车放在木板上,把木板一端垫高,调节木板的倾斜程度,使小车在不受绳的拉力时沿木板做匀速直线运动 B.小车放在木板上,后面固定一条纸带,纸带穿过打点计时器,把木板一端垫高,调节木板的倾斜
4、程度,使小车在不受绳的拉力时能拖动纸带沿木板做匀速直线运动 C.小车放在木板上,挂上砝码盘,砝码盘内不放砝码,把木板一端垫高,调节木板的倾斜程度,使小车在砝码盘的作用下沿木板做匀速直线运动 D.小车放在木板上,挂上砝码盘,砝码盘内放入本次实验所需的砝码,把木板一端垫高,调节木板的倾斜程度,使小车在砝码盘和砝码的作用下沿木板做匀速直线运动,答案 (1)AD (2)B,解析 (1)除了电火花计时器、纸带、刻度尺、小车、砝码、拴有细线的砝码盘、附有定滑轮的长木板、垫块、导线及开关外,还必须使用220 V、50 Hz的交流电源和天平(附砝码). (2)实验中平衡小车运动时的摩擦阻力的正确做法是:小车放
5、在木板上,后面固定一条纸带,纸带穿过打点计时器,把木板一端垫高,调节木板的倾斜程度,使小车在不受绳的拉力时能拖动纸带沿木板做匀速直线运动.,变式题 为了探究加速度与力、质量的关系,甲、乙、丙三位同学分别设计了如图S4-2所示的实验装置,小车质量用M表示(乙图中M包括小车与传感器,丙图中M包括小车和与小车固连的滑轮),钩码总质量用m表示.,图S4-2,(1)为便于测量合外力的大小,并得到“小车质量一定时,小车的加速度与所受合外力成正比”的结论,下列说法正确的是 (填选项前的字母). A.三组实验中只有甲同学的实验需要平衡摩擦力 B.三组实验都需要平衡摩擦力 C.三组实验中只有甲同学的实验需要满足
6、所挂钩码的总质量m远小于小车的质量M的条件 D.三组实验都需要满足所挂钩码的总质量m远小于小车的质量M的条件,答案 (1)BC (2)12 12,解析 (1)本实验的目的是探究加速度与合力、质量的关系,必须平衡摩擦力才能满足绳对小车的拉力等于小车受到的合力,所以三组实验都需要平衡摩擦力.甲同学实验中,绳的拉力是用钩码的重力替代的,因小车与钩码具有大小相等的加速度,所以绳的拉力小于钩码的重力,只有在钩码的质量远小于小车的质量时,绳的拉力才近似等于钩码的重力,甲同学实验中必须满足钩码的总质量m远小于小车的质量M的条件;乙同学实验中绳的拉力用力传感器测出,不需要满足钩码的总质量m远小于小车的质量M的
7、条件;丙同学实验中小车受到的拉力等于弹簧测力计示数的2倍,不需要满足钩码的质量m远小于小车的质量M的条件,选项B、C正确., 要点总结,(1)在本实验中,必须平衡摩擦力,在平衡摩擦力时,不要把盘和重物系在小车上,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)安装器材时,要调整滑轮的高度,使拴小车的细绳与长木板平行,且连接盘和重物应在平衡摩擦力之后. (3)改变小车的质量或拉力的大小时,改变量应尽可能大一些,但应满足盘和重物的总质量远小于小车和车上砝码的总质量.盘和重物的总质量不超过小车和车上砝码总质量的10%. (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,
8、并应先接通电源,再放开小车,且应在小车到达滑轮处前按住小车.,热点二 数据处理与误差分析,例2 2018湖南张家界三模 某同学设计了一个实验探究保持物体所受的合外力不变情况下加速度a与物体质量m的关系,如图S4-3甲所示为实验装置简图.设沙和沙桶的总质量为m,改变小车的质量M,研究小车的加速度a和质量M之间的关系.在平衡摩擦力之后,打点计时器打出的某一条纸带如图乙所示,已知打点计时器所用的交流电的频率为f.试解答下列问题:,图S4-3,变式题 2016全国卷 某物理课外小组利用图S4-4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
9、跨过滑轮,一端与放在木板上的小滑车相连,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: (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.,图S4-4,(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图像,经数据处理后可得到相应的加速度a. (3)对应于不同的n的a值见下表.n=2时的s-t图像如图S4-5所示;由图求出此时小车的加速度(保
10、留2位有效数字),将结果填入下表.,(4)利用表中的数据在图S4-6中补齐数据点,并作出a-n图像.从图像可以看出: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. (5)利用a-n图像求得小车(空载)的质量为 kg.(保留2位有效数字,重力加速度g取9.8 m/s2),图S4-5,图S4-6,(6)若以“保持木板水平”来代替步骤(1),下列说法正确的是 (填选项前的字母). 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)0.39(0.370.49均可) (4)a-n图线如图所示 (5)0.45(0.430.4
11、7均可) (6)BC, 要点总结,(1)a-F图线分析:“验证牛顿第二定律”实验得到的理想a-F图像应是一条过原点的直线,但由于实验误差影响,常出现如图S4-7所示的三种情况(说明见下表).,图S4-7,热点三 实验拓展与创新,例3 2018宁夏石嘴山一模 如图S4-8甲所示是某同学探究加速度与力的关系的实验装置.他在气垫导轨上安装了一个光电门B,滑块上固定一遮光条,滑块用细线绕过气垫导轨左端的定滑轮与力传感器相连,传感器下方悬挂钩码,每次滑块都从A处由静止释放.,图S4-8,(1)该同学用游标卡尺测量遮光条的宽度d,如图乙所示,则d= mm. (2)下列实验要求中不必要的是 (填选项前的字母
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