2014高考物理第一輪復(fù)習(xí) 第三章 實(shí)驗(yàn)四 驗(yàn)證牛頓運(yùn)動(dòng)定律課件 新人教版必修1

1、實(shí)驗(yàn)四　驗(yàn)證牛頓運(yùn)動(dòng)定律,【實(shí)驗(yàn)過(guò)程】一、實(shí)驗(yàn)步驟1.稱量質(zhì)量——用天平測(cè)量小盤的質(zhì)量m0和小車的質(zhì)量M0。2.安裝器材——按照如圖所示裝置把實(shí)驗(yàn)器材安裝好,只是不把懸掛小盤的細(xì)繩系在小車上(即不給小車牽引力)。,3.平衡摩擦力——在長(zhǎng)木板的不帶定滑輪的一端下面墊上一塊薄木塊,反復(fù)移動(dòng)薄木塊的位置,直至小車在斜面上運(yùn)動(dòng)時(shí)可以保持勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。4.讓小車靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,掛上小盤和砝碼,先接通電源,再讓小車拖著紙帶在木板上勻加速下滑

2、,打出一條紙帶。計(jì)算小盤和砝碼的重力,即為小車所受的合外力,由紙帶計(jì)算出小車的加速度,并把力和對(duì)應(yīng)的加速度填入表1中。5.改變小盤內(nèi)砝碼的個(gè)數(shù),重復(fù)步驟4,并多做幾次。,6.保持小盤內(nèi)的砝碼個(gè)數(shù)不變,在小車上放上砝碼改變小車的質(zhì)量,讓小車在木板上滑動(dòng)打出紙帶。計(jì)算砝碼和小車的總質(zhì)量M,并由紙帶計(jì)算出小車對(duì)應(yīng)的加速度,并將所對(duì)應(yīng)的質(zhì)量和加速度填入表2中。7.改變小車上砝碼的個(gè)數(shù),重復(fù)步驟6,并多做幾次。,表1,表2,二、數(shù)據(jù)處理1.

3、計(jì)算加速度——先在紙帶上標(biāo)明計(jì)數(shù)點(diǎn),測(cè)量各計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離,根據(jù)逐差法計(jì)算各條紙帶對(duì)應(yīng)的加速度。2.作圖像找關(guān)系——根據(jù)記錄的各組對(duì)應(yīng)的加速度a與小車所受牽引力F,建立直角坐標(biāo)系,描點(diǎn)畫a-F圖像,如果圖像是一條過(guò)原點(diǎn)的傾斜直線,便證明加速度與作用力成正比。再根據(jù)記錄的各組對(duì)應(yīng)的加速度a與小車和砝碼總質(zhì)量M,建立直角坐標(biāo)系,描點(diǎn)畫a- 圖像,如果圖像是一條過(guò)原點(diǎn)的傾斜直線,就證明了加速度與質(zhì)量成反比。,【誤差分析】1

4、.因?qū)嶒?yàn)原理不完善引起誤差。以小車、小盤和砝碼整體為研究對(duì)象得mg=(M+m)a;以小車為研究對(duì)象得F=Ma;求得本實(shí)驗(yàn)用小盤和砝碼的總重力mg代替小車的拉力,而實(shí)際上小車所受的拉力要小于小盤和砝碼的總重力。小盤和砝碼的總質(zhì)量越小于小車的質(zhì)量,由此引起的誤差就越小。因此,滿足小盤和砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量的目的就是減小因?qū)嶒?yàn)原理不完善而引起的誤差。,2.摩擦力平衡不準(zhǔn)確造成誤差。在平衡摩擦力時(shí),除了不掛小盤外,其他的均與正式實(shí)

5、驗(yàn)一樣(比如要掛好紙帶、接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器),勻速運(yùn)動(dòng)的標(biāo)志是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶上各相鄰兩點(diǎn)間的距離相等。3.質(zhì)量的測(cè)量誤差、紙帶上打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)間隔距離的測(cè)量誤差、細(xì)繩或紙帶不與木板平行等都會(huì)引起誤差。,【注意事項(xiàng)】1.平衡摩擦力在平衡摩擦力時(shí),不要把懸掛小盤的細(xì)繩系在小車上,即不要給小車加任何牽引力,且要讓小車拖著紙帶勻速運(yùn)動(dòng)。2.不重復(fù)平衡摩擦力整個(gè)實(shí)驗(yàn)平衡了摩擦力后,不管以后是改變小盤和砝碼的總質(zhì)量還是改變小車和砝碼的總

6、質(zhì)量,都不需要重新平衡摩擦力。,3.實(shí)驗(yàn)條件每條紙帶都必須在滿足小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于小盤和砝碼的總質(zhì)量的條件下打出。只有如此,小盤和砝碼的總重力才可視為小車受到的拉力。4.一先一后一按住改變拉力和小車質(zhì)量后,每次開(kāi)始時(shí)小車應(yīng)盡量靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,并應(yīng)先接通電源,再放開(kāi)小車,且應(yīng)在小車到達(dá)定滑輪前按住小車。,5.作圖作圖時(shí),兩坐標(biāo)軸的比例要適當(dāng),要使盡可能多的點(diǎn)落在所作直線上,不在直線上的點(diǎn)應(yīng)盡可能對(duì)稱地分布在所作直線兩側(cè)。,【實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

7、】本實(shí)驗(yàn)中可以用氣墊導(dǎo)軌來(lái)代替長(zhǎng)木板,這樣就省去了平衡摩擦力的麻煩,小車的加速度也可以利用傳感器來(lái)測(cè)量,借助于計(jì)算機(jī)來(lái)處理。,熱點(diǎn) 1 實(shí)驗(yàn)原理與注意事項(xiàng)【典例1】(2012·安徽高考)圖甲為“驗(yàn)證牛頓第二定律”的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)中用砂和砂桶總重力的大小作為細(xì)線對(duì)小車?yán)Φ拇笮　?(1)實(shí)驗(yàn)中,為了使細(xì)線對(duì)小車的拉力等于小車所受的合外力,先調(diào)節(jié)長(zhǎng)木板一端滑輪的高度,使細(xì)線

8、與長(zhǎng)木板平行。接下來(lái)還需要進(jìn)行的一項(xiàng)操作是(　　)A.將長(zhǎng)木板水平放置,讓小車連著已經(jīng)穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶,給打點(diǎn)計(jì)時(shí)器通電,調(diào)節(jié)m的大小,使小車在砂和砂桶的牽引下運(yùn)動(dòng),從打出的紙帶判斷小車是否做勻速運(yùn)動(dòng)B.將長(zhǎng)木板的一端墊起適當(dāng)?shù)母叨?讓小車連著已經(jīng)穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶,撤去砂和砂桶,給打點(diǎn)計(jì)時(shí)器通電,輕推小車,從打出的紙帶判斷小車是否做勻速運(yùn)動(dòng)C.將長(zhǎng)木板的一端墊起適當(dāng)?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

9、勻速運(yùn)動(dòng),(2)實(shí)驗(yàn)中要進(jìn)行質(zhì)量m和M的選取,以下最合理的一組是(　　)A.M=200g,m=10g、15g、20g、25g、30g、40gB.M=200g,m=20g、40g、60g、80g、100g、120gC.M=400g,m=10g、15g、20g、25g、30g、40gD.M=400g,m=20g、40g、60g、80g、100g、120g,(3)圖乙是實(shí)驗(yàn)中得到的一條紙帶,A、B、C、D、E、F、G為7個(gè)相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)

10、,相鄰的兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有四個(gè)點(diǎn)未畫出。量出相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的距離分別為:sAB=4.22cm、sBC=4.65cm、sCD=5.08cm、sDE=5.49cm、sEF=5.91cm、sFG=6.34cm。已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的工作頻率為50Hz,則小車的加速度a=　　　　m/s2(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)。,【標(biāo)準(zhǔn)解答】(1)要使細(xì)線對(duì)小車的拉力等于小車所受的合外力,應(yīng)將長(zhǎng)木板遠(yuǎn)離定滑輪的一端墊起,使小車所受重力沿木板向下的分力與小車及紙帶所

11、受摩擦力平衡,即選項(xiàng)B正確。(2)要使砂和砂桶的總重力的大小作為細(xì)線對(duì)小車?yán)Φ拇笮?必須使m?M,只有選項(xiàng)C符合這個(gè)要求。,(3)小車的加速度為其中t=0.1s,代入數(shù)據(jù)得:a=0.42m/s2。答案:(1)B　(2)C　(3)0.42,熱點(diǎn) 2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與誤差分析 【典例2】(2013·寧波模擬)某學(xué)習(xí)小組用如圖所示裝置探究“加速度和力的關(guān)系”。,該小組已經(jīng)測(cè)量了兩個(gè)光電門間的距離為L(zhǎng),遮光條的

12、寬度為d,遮光條通過(guò)兩個(gè)光電門的時(shí)間分別為t1、t2,則:(1)小車的實(shí)際加速度可以表示為　　　　。(用題中所給物理量表示)(2)改變所掛鉤碼的數(shù)量,多次重復(fù)測(cè)量。在某次實(shí)驗(yàn)中根據(jù)測(cè)得的多組數(shù)據(jù)可在坐標(biāo)紙上畫出a-F關(guān)系的點(diǎn)跡(如圖所示)。經(jīng)過(guò)分析,發(fā)現(xiàn)存在一些問(wèn)題,產(chǎn)生的主要原因可能是(　　),A.軌道與水平方向夾角太大B.軌道保持了水平狀態(tài),沒(méi)有平衡摩擦力C.所掛鉤碼的總質(zhì)量太大,造成上部點(diǎn)跡有向下彎曲趨勢(shì)D.所用小車的質(zhì)

13、量太大,造成上部點(diǎn)跡有向下彎曲趨勢(shì),【標(biāo)準(zhǔn)解答】(1)遮光條通過(guò)兩個(gè)光電門時(shí)的速度分別為 根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律v22-v12=2aL，解得小車的實(shí)際加速度可以表示為(2)選B、C。圖線直線部分沒(méi)有過(guò)原點(diǎn)，說(shuō)明F達(dá)到一定值時(shí)物體才開(kāi)始運(yùn)動(dòng)。產(chǎn)生的主要原因可能是軌道保持了水平狀態(tài)，沒(méi)有平衡摩擦力，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確。圖線上部彎曲產(chǎn)生的主要原因是所掛鉤碼的總質(zhì)量太大，造成上部點(diǎn)跡有向下彎曲趨勢(shì)，選項(xiàng)C

14、正確，D錯(cuò)誤。答案：(1) (2)B、C,【雙基題組】1.在利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和小車來(lái)做“驗(yàn)證牛頓運(yùn)動(dòng)定律”的實(shí)驗(yàn)時(shí),下列說(shuō)法中正確的是(　　)A.平衡摩擦力時(shí),應(yīng)將砝碼盤及盤內(nèi)砝碼通過(guò)定滑輪拴在小車上B.連接砝碼盤和小車的細(xì)繩應(yīng)跟長(zhǎng)木板保持平行C.平衡摩擦力后,改變小車和砝碼的總質(zhì)量時(shí),要重新平衡摩擦力D.小車釋放前應(yīng)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,且應(yīng)先接通電源再釋放小車,【解析】選B、D。平

15、衡摩擦力時(shí),不能將砝碼盤及盤內(nèi)砝碼(或小桶)通過(guò)細(xì)繩拴在小車上,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;連接砝碼盤和小車的細(xì)繩應(yīng)跟長(zhǎng)木板保持平行,選項(xiàng)B正確;平衡摩擦力后,無(wú)論是改變砝碼盤和砝碼的總質(zhì)量還是改變小車和砝碼的總質(zhì)量時(shí)都不需要重新平衡摩擦力,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;實(shí)驗(yàn)時(shí),小車釋放前應(yīng)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,且應(yīng)先接通電源,待打點(diǎn)穩(wěn)定后,再釋放小車,選項(xiàng)D正確。,2.(2013·臨汾模擬)在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中備有下列器材:A.電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)

16、器;B.天平(帶砝碼);C.秒表;D.低壓直流電源;E.紙帶和復(fù)寫紙;F.導(dǎo)線;G.細(xì)繩;H.小車;I.砂和小桶;J.一端附有滑輪的長(zhǎng)木板;K.砝碼。(1)其中多余的器材是　　　　(填代號(hào)),缺少的器材是　　　　　和　　　　　。(2)在探究加速度a與質(zhì)量m的關(guān)系時(shí),分別以　　　　為縱坐標(biāo)、　　　　為橫坐標(biāo)作圖像,這樣就能直觀地看出其關(guān)系。,【解析】(1)實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)是在質(zhì)量一定時(shí),根據(jù)不同力作用下打出的紙帶,求出加速度;在力

17、一定時(shí),根據(jù)在不同質(zhì)量條件下打出的紙帶,求出加速度。故只要明確打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作原理和實(shí)驗(yàn)步驟,則可判斷多余的器材是C、D;缺少的器材是低壓交流電源和刻度尺。(2)探究加速度a與質(zhì)量m的關(guān)系時(shí),以a為縱坐標(biāo),以 為橫坐標(biāo),作出的圖像為經(jīng)過(guò)原點(diǎn)的傾斜直線,這樣很容易看出它們的關(guān)系。答案:(1)C、D　低壓交流電源　刻度尺(2)a,【高考題組】3.(2011·浙江高考)在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)時(shí),已

18、提供了小車、一端附有定滑輪的長(zhǎng)木板、紙帶、帶小盤的細(xì)線、刻度尺、天平、導(dǎo)線。為了完成實(shí)驗(yàn),還須從圖中選取實(shí)驗(yàn)器材,其名稱是①　　　　　　　;并分別寫出所選器材的作用② 　 。,【解析】為測(cè)量小車的加速度,需記錄小車運(yùn)動(dòng)的位置和時(shí)間,這可利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和紙帶完成。所以,實(shí)驗(yàn)中應(yīng)有打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。實(shí)驗(yàn)中需要改變小車的質(zhì)量,這可通過(guò)在小車上添加鉤碼來(lái)實(shí)現(xiàn),所以實(shí)驗(yàn)中應(yīng)有鉤碼。實(shí)驗(yàn)

19、中還需要改變小車所受拉力的大小,這可通過(guò)改變盤中的砝碼的數(shù)目來(lái)改變,所以實(shí)驗(yàn)中應(yīng)有砝碼。,學(xué)生電源為電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器提供交流電源;電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(電火花計(jì)時(shí)器)記錄小車運(yùn)動(dòng)的位置和時(shí)間;鉤碼用以改變小車的質(zhì)量;砝碼用以改變小車受到的拉力的大小,還可用于測(cè)量小車的質(zhì)量。答案:①學(xué)生電源、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、鉤碼、砝碼(或電火花計(jì)時(shí)器、鉤碼、砝碼)　②見(jiàn)解析,4.(2012·大綱版全國(guó)卷)圖甲為驗(yàn)證牛頓第二定律的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖。圖中打

20、點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源為50Hz的交流電源,打點(diǎn)的時(shí)間間隔用Δt表示。在小車質(zhì)量未知的情況下,某同學(xué)設(shè)計(jì)了一種方法用來(lái)探究“在外力一定的條件下,物體的加速度與其質(zhì)量間的關(guān)系”。,(1)完成下列實(shí)驗(yàn)步驟中的填空。①平衡小車所受的阻力:小吊盤中不放物塊,調(diào)整木板右端的高度,用手輕撥小車,直到打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出一系列　　　的點(diǎn)。②按住小車,在小吊盤中放入適當(dāng)質(zhì)量的物塊,在小車中放入砝碼。③打開(kāi)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源,釋放小車,獲得帶有點(diǎn)列的紙帶,在紙帶上標(biāo)

21、出小車中砝碼的質(zhì)量m。④按住小車,改變小車中砝碼的質(zhì)量,重復(fù)步驟③。,⑤在每條紙帶上清晰的部分,每5個(gè)間隔標(biāo)注一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)。測(cè)量相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)的間距s1、s2……求出與不同m相對(duì)應(yīng)的加速度a。⑥以砝碼的質(zhì)量m為橫坐標(biāo), 為縱坐標(biāo),在坐標(biāo)紙上作出 -m關(guān)系圖線。若加速度與小車和砝碼的總質(zhì)量成反比,則 與m應(yīng)成　　　　(選填“線性”或“非線性”)關(guān)系。,(2)完成下列填空。①本實(shí)驗(yàn)中,為了保證在改變小車中砝碼的質(zhì)量時(shí),小車所

22、受的拉力近似不變,小吊盤和盤中物塊的質(zhì)量之和應(yīng)滿足的條件是　 。②設(shè)紙帶上三個(gè)相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)的間距為s1、s2和s3。a可用s1、s3和Δt表示為a=　　　　。圖乙為用米尺測(cè)量某一紙帶上的s1、s3的情況,由圖可讀出s1=　　　　mm,s3=　　　　mm,由此求得加速度的大小a=　　　　m/s2。,③圖丙為所得實(shí)驗(yàn)圖線的示意圖。設(shè)圖中直線的斜率為k,在縱軸上截距為b,若牛頓定律成立,則小車受到的拉力為　　

23、　　　　,小車的質(zhì)量為　　　　。,【解析】(1)小車和吊盤受到的合外力為零,一起做勻速直線運(yùn)動(dòng),所以紙帶點(diǎn)距相等。平衡阻力后,設(shè)小車受到的拉力為F,則有F=(m+m車)a,即 是關(guān)于m的一次函數(shù),它們是線性關(guān)系。(2)①實(shí)際上,小車的拉力F會(huì)隨m的變化而變化,不是恒定的。因?yàn)?對(duì)小車由牛頓第二定律有:F=(m+m車)a,對(duì)吊盤和物塊(設(shè)其質(zhì)量為m0):m0g-F=m0a,聯(lián)立以上兩式得:,因此,

24、當(dāng)改變小車上的砝碼的質(zhì)量m時(shí),F會(huì)相應(yīng)改變。只有當(dāng)?shù)醣P和物塊質(zhì)量m0?m+m車時(shí),拉力F≈m0g才是不變的,在這種情況下,才可驗(yàn)證“拉力一定時(shí),加速度與物體質(zhì)量的關(guān)系”。②由逐差法s3-s1=2a(5Δt)2得加速度a= ,由圖可讀出s1= 36.8mm-12.5mm=24.3mm,s3=120.1mm-73.0mm=47.1mm,一定要估讀到毫米的下一位數(shù)字。代入數(shù)據(jù),得加速度的大小a=1.14m/s2。注意單

25、位的變換。,答案:(1)①間距相等?、蘧€性　(2)①小吊盤和盤中物塊的質(zhì)量之和遠(yuǎn)小于小車和砝碼的質(zhì)量?、凇?4.3　47.1　1.14?、?5.(2010·江蘇高考)為了探究受到空氣阻力時(shí),物體運(yùn)動(dòng)速度隨時(shí)間的變化規(guī)律,某同學(xué)采用了“加速度與物體質(zhì)量、物體受力關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置(如圖所示)。實(shí)驗(yàn)時(shí),平衡小車與木板之間的摩擦力后,在小車上安裝一薄板,以增大空氣對(duì)小車運(yùn)動(dòng)的阻力。,(1)往砝碼盤中加入一小砝碼,在釋放小車　　　(

26、選填“之前”或“之后”)接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源,在紙帶上打出一系列的點(diǎn)。(2)從紙帶上選取若干計(jì)數(shù)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量,得出各計(jì)數(shù)點(diǎn)的時(shí)間t與速度v的數(shù)據(jù)如下表:,請(qǐng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出小車的v-t圖像。,(3)通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析,該同學(xué)認(rèn)為:隨著運(yùn)動(dòng)速度的增加,小車所受的空氣阻力將變大,你是否同意他的觀點(diǎn)?請(qǐng)根據(jù)v-t圖像簡(jiǎn)要闡述理由。,【解析】(1)在進(jìn)行本實(shí)驗(yàn)時(shí),要求釋放小車之前接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源。(2)根據(jù)所給數(shù)據(jù)在所給圖像中準(zhǔn)確描點(diǎn),