《高考物理一輪復(fù)習(xí) 實(shí)驗(yàn) 驗(yàn)證牛頓第二定律課件》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《高考物理一輪復(fù)習(xí) 實(shí)驗(yàn) 驗(yàn)證牛頓第二定律課件（37頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、物理課標(biāo)版第5講實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證牛頓第二定律基礎(chǔ)梳理基礎(chǔ)梳理實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康?.學(xué)會(huì)用控制變量法研究物理規(guī)律。2.探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系。3.掌握靈活運(yùn)用圖像處理問題的方法。實(shí)驗(yàn)原理控制變量法:在所研究的問題中,有兩個(gè)以上的參量在發(fā)生牽連變化時(shí),可以控制某個(gè)或某些量不變,只研究其中兩個(gè)量之間的變化關(guān)系的方法。這也是物理學(xué)中研究問題時(shí)經(jīng)常采用的方法。本實(shí)驗(yàn)中,研究的參量為F、m和a,可以控制參量m不變,研究F與a的關(guān)系,也可控制參量F不變,研究m與a的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)器材實(shí)驗(yàn)器材打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,紙帶及復(fù)寫紙,小車,一端附有定滑輪的長(zhǎng)木板,小盤和砝碼,細(xì)繩,低壓交流電源,導(dǎo)線,天平,刻度尺。實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)步驟如
2、圖所示1.用天平測(cè)量小盤的質(zhì)量m0和小車的質(zhì)量M0。2.把一端附有定滑輪的長(zhǎng)木板放在實(shí)驗(yàn)桌上,并使滑輪伸出桌面,把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長(zhǎng)木板上遠(yuǎn)離滑輪的一端,連接好電路。3.平衡摩擦力:小車的尾部掛上紙帶,紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔,將木板無滑輪的一端稍微墊高一些,使小車在不掛小盤和砝碼的情況下,能沿木板做勻速直線運(yùn)動(dòng)。這樣小車所受重力沿木板的分力與小車所受的滑動(dòng)摩擦力平衡。在保證小盤和砝碼的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量的條件下,可以近似認(rèn)為小盤和砝碼的總重力的大小等于小車所受的合外力的大小。4.把小車停在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處,掛上小盤和砝碼,先接通電源,再讓小車拖著紙帶在木板上做勻加速運(yùn)動(dòng),打出一條紙帶。計(jì)算小盤
3、和砝碼的總重力,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(一)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。表(一)實(shí)驗(yàn)次數(shù)加速度a/(ms-2)小車受力F/N1 2 3 4 7.改變小車上砝碼的個(gè)數(shù),重復(fù)步驟6,并將所對(duì)應(yīng)的質(zhì)量和加速度填入表(二)中。表(二)實(shí)驗(yàn)次數(shù)加速度a/(ms-2)小車和砝碼總質(zhì)量M/kg1 2 3 4 數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理1.需要計(jì)算各種情況下所對(duì)應(yīng)的小車的加速度,可使用“研究勻變速
4、直線運(yùn)動(dòng)”的方法: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)公式a=計(jì)算加速度。2.需要記錄各組對(duì)應(yīng)的加速度a與小車所受牽引力F,然后建立直角坐標(biāo)系,用縱坐標(biāo)表示加速度a,橫坐標(biāo)表示牽引力F,描點(diǎn)畫a-F圖像,如果圖像是一條過原點(diǎn)的直線,便證明在質(zhì)量一定時(shí),加速度與作用力成正比。再記錄各組對(duì)應(yīng)的加速度a與小車和砝碼總質(zhì)量M,然后建立直角坐標(biāo)系,用縱坐標(biāo)表示加速度a,橫坐標(biāo)表示總質(zhì)量的倒數(shù),描點(diǎn)畫a-圖像,如果圖像是一條過原點(diǎn)的直線,就證明了在合外力一定時(shí),加速度與質(zhì)量成反比。2xT1M1M注意事項(xiàng)注意事項(xiàng)1.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,并要讓
5、小車拖著打點(diǎn)的紙帶運(yùn)動(dòng)。2.實(shí)驗(yàn)步驟2、3不需要重復(fù),即整個(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質(zhì)量,都不需要重新平衡摩擦力。3.每條紙帶必須在滿足小車與車上所加砝碼的總質(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.改變拉力和小車質(zhì)量后,每次開始時(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,再放開小車,且應(yīng)在小車到達(dá)滑輪前按住小車。5.作圖像時(shí),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)稱分布在所作直線兩側(cè)。6.作圖時(shí)兩軸標(biāo)度比例要選擇適當(dāng),各量須采用國(guó)際單位制中單位。這樣作圖線時(shí),坐標(biāo)點(diǎn)間距
6、不至于過密,誤差會(huì)小些。7.為提高測(cè)量精度(1)應(yīng)舍掉紙帶上開頭比較密集的點(diǎn),在后邊便于測(cè)量的地方找一個(gè)起點(diǎn)。(2)可以把每打五次點(diǎn)的時(shí)間作為時(shí)間單位,即從開始點(diǎn)起,每五個(gè)點(diǎn)標(biāo)出一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),而相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為T=0.1 s。誤差分析誤差分析1.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)造成誤差。2.因?qū)嶒?yàn)原理不完善造成誤差:本實(shí)驗(yàn)中用小盤和砝碼的總重力代替小車受到的拉力(實(shí)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。小盤和砝碼的總質(zhì)量越接近小車的質(zhì)量,誤差就越大;反之,小盤和砝碼的總質(zhì)量越小于小車的質(zhì)量,誤差就越小。3.平衡摩擦
7、力不準(zhǔn)造成誤差:在平衡摩擦力時(shí),除了不掛小盤外,其他的都跟正式實(shí)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)器打出的紙帶上各點(diǎn)的距離相等。考點(diǎn)一實(shí)驗(yàn)原理與操作考點(diǎn)一實(shí)驗(yàn)原理與操作典例典例1 (2016山東濟(jì)南模擬,22)某同學(xué)利用“驗(yàn)證牛頓第二定律”的實(shí)驗(yàn)器材,測(cè)量滑塊和長(zhǎng)木板之間的動(dòng)摩擦因數(shù)。如圖所示,帶滑輪的長(zhǎng)木板水平放置,力傳感器固定在墻上,輕繩分別跨過固定在滑塊上和固定在長(zhǎng)木板末端的滑輪,一端與力傳感器連接,另一端豎直懸掛一沙桶,沙桶距地面足夠遠(yuǎn)。調(diào)節(jié)兩滑輪的位置使輕繩與長(zhǎng)木板平行,不計(jì)輕繩與各滑輪之間的摩擦。(1)實(shí)驗(yàn)時(shí),一定要進(jìn)行的操作是 (填選項(xiàng)前的字母)。
8、A.將長(zhǎng)木板右端墊高以平衡摩擦力B.使沙和沙桶的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊質(zhì)量C.將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接交流電源D.用天平測(cè)沙和沙桶的總質(zhì)量(2)實(shí)驗(yàn)時(shí),記錄力傳感器的示數(shù)F,用天平測(cè)出滑塊質(zhì)量m,由紙帶上的點(diǎn)求出加速度a。根據(jù)這些數(shù)據(jù),可以得出滑塊和木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)的表達(dá)式= 。(重力加速度為g)答案答案(1)C(2)解析解析(1)由裝置圖可知,繩中張力可通過力傳感器測(cè)出,滑塊所受拉力等于繩中張力的2倍。不需要使沙和沙桶的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊質(zhì)量,也不需要測(cè)量沙和沙桶的總質(zhì)量,選項(xiàng)B、D錯(cuò)誤;由于是測(cè)量滑塊與長(zhǎng)木板之間的動(dòng)摩擦因數(shù),所以不需要將長(zhǎng)木板右端墊高以平衡摩擦力,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;無論是電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器還是電火
9、花計(jì)時(shí)器,都需要接交流電源,選項(xiàng)C正確。(2)對(duì)滑塊由牛頓第二定律有2F-mg=ma,解得=。2Fmamg2Fmamg某同學(xué)利用如圖所示的裝置探究小車的加速度與所受合外力的關(guān)系,具體實(shí)驗(yàn)步驟如下:按照?qǐng)D示安裝好實(shí)驗(yàn)裝置,并測(cè)出兩光電門間距離L平衡摩擦力即調(diào)節(jié)長(zhǎng)木板的傾角,輕推小車后,使小車沿長(zhǎng)木板向下運(yùn)動(dòng),且通過兩個(gè)光電門的時(shí)間相等取下細(xì)繩和沙桶,測(cè)量沙子和沙桶的總質(zhì)量m,并記錄把小車置于靠近滑輪的位置,由靜止釋放小車,記錄小車先后通過光電門甲和乙時(shí)顯示的時(shí)間,并計(jì)算出小車到達(dá)兩個(gè)光電門時(shí)的速度和運(yùn)動(dòng)的加速度重新掛上細(xì)繩和沙桶,改變沙桶中沙子的質(zhì)量,重復(fù)的步驟(1)用游標(biāo)卡尺測(cè)得遮光片寬度d=
10、 cm。(2)關(guān)于本實(shí)驗(yàn)的說法正確的是 。A.平衡摩擦力時(shí)要取下細(xì)繩和沙桶B.平衡摩擦力時(shí)不需要取下細(xì)繩和沙桶C.沙桶和沙子的總質(zhì)量必須遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量D.小車的質(zhì)量必須遠(yuǎn)小于沙桶和沙子的總質(zhì)量(3)若實(shí)驗(yàn)中測(cè)量遮光片寬度時(shí)存在測(cè)量誤差,測(cè)量結(jié)果偏大,其他條件不變,則小車加速度的測(cè)量值 真實(shí)值。(選填“大于”或“小于”)答案答案(1)0.675(2)B(3)大于解析解析(1)遮光片的寬度d=0.6 cm+150.05 mm=0.675 cm。(2)本實(shí)驗(yàn)中,沙桶和沙子的總質(zhì)量所對(duì)應(yīng)的重力即為小車做勻變速運(yùn)動(dòng)時(shí)所受的合外力大小,所以不需要“沙桶和沙子的總質(zhì)量必須遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量”的實(shí)驗(yàn)條件;同時(shí)
11、平衡摩擦力時(shí)不需要取下細(xì)繩和沙桶,選項(xiàng)B正確,選項(xiàng)A、C、D錯(cuò)誤。(3)由加速度和遮光片寬度之間的數(shù)量關(guān)系可知,在保持其他實(shí)驗(yàn)條件不變的前提下,加速度大小與遮光片寬度的平方成正比,所以加速度測(cè)量值大于真實(shí)值?？键c(diǎn)二數(shù)據(jù)處理和誤差分析考點(diǎn)二數(shù)據(jù)處理和誤差分析典例典例2 (2016課標(biāo),23,10分)某物理課外小組利用圖(a)中的裝置探究物體加速度與其所受合外力之間的關(guān)系。圖中,置于實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的長(zhǎng)木板水平放置,其右端固定一輕滑輪;輕繩跨過滑輪,一端與放在木板上的小滑車相連,另一端可懸掛鉤碼。本實(shí)驗(yàn)中可用的鉤碼共有N=5個(gè),每個(gè)質(zhì)量均為0.010 kg。實(shí)驗(yàn)步驟如下: 圖(a)(1)將5個(gè)鉤碼全部放入
12、小車中,在長(zhǎng)木板左下方墊上適當(dāng)厚度的小物塊,使小車(和鉤碼)可以在木板上勻速下滑。(2)將n(依次取n=1,2,3,4,5)個(gè)鉤碼掛在輕繩右端,其余N-n個(gè)鉤碼仍留在小車內(nèi);用手按住小車并使輕繩與木板平行。釋放小車,同時(shí)用傳感器記錄小車在時(shí)刻t相對(duì)于其起始位置的位移s,繪制s-t圖像,經(jīng)數(shù)據(jù)處理后可得到相應(yīng)的加速度a。(3)對(duì)應(yīng)于不同的n的a值見下表。n=2時(shí)的s-t圖像如圖(b)所示;由圖(b)求出此時(shí)小車的加速度(保留2位有效數(shù)字),將結(jié)果填入下表。n12345a/ms-20.20 0.580.781.00(4)利用表中的數(shù)據(jù)在圖(c)中補(bǔ)齊數(shù)據(jù)點(diǎn),并作出a-n圖像。從圖像可以看出:當(dāng)物體
13、質(zhì)量一定時(shí),物體的加速度與其所受的合外力成正比。 圖(b) 圖(c)(5)利用a-n圖像求得小車(空載)的質(zhì)量為 kg(保留2位有效數(shù)字,重力加速度取g=9.8 ms-2)。(6)若以“保持木板水平”來代替步驟(1),下列說法正確的是 (填入正確選項(xiàng)前的標(biāo)號(hào))。A.a-n圖線不再是直線B.a-n圖線仍是直線,但該直線不過原點(diǎn)C.a-n圖線仍是直線,但該直線的斜率變大答案答案(3)0.39(2分。在0.370.49范圍內(nèi)都給分)(4)如圖所示(3分)(5)0.45(3分。在0.430.47范圍內(nèi)都給分)(6)BC(2分。選對(duì)一個(gè)給1分,有選錯(cuò)的不給這2分)a。(5)對(duì)小車和鉤碼組成的系統(tǒng)應(yīng)用牛頓
14、第二定律:nmg=(M+Nm)a,則a=,a-n圖像的斜率k=,從而可解出M。(6)對(duì)于已平衡摩擦力的情況,對(duì)整體應(yīng)用牛頓第二定律:nmg=(M+Nm)a,則a=n;對(duì)于木板水平的情況,對(duì)整體應(yīng)用牛頓第二定律:nmg-M+(N-n)mg=(M+Nm)a,整理得:a=n-g,比較可見,B、C均正確。nmgMNm0.0980.05nM 0.0980.05M mgMNm(1) mgMNm解析解析(3)由s=at2得:a=,在s-t圖像中找一點(diǎn)坐標(biāo),代入公式即可求出1222st(2016河北保定調(diào)研,22)某同學(xué)為了測(cè)定木塊與小車之間的動(dòng)摩擦因數(shù),設(shè)計(jì)了如下的實(shí)驗(yàn):用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量帶凹槽的木塊重力,記
15、為FN1;將力傳感器A固定在水平桌面上,測(cè)力端通過輕質(zhì)水平細(xì)繩與木塊相連。另一水平輕質(zhì)細(xì)繩跨過定滑輪,一端連接小車,另一端系沙桶,不斷地緩慢向沙桶里倒入細(xì)沙,直到小車運(yùn)動(dòng)起來,待傳感器示數(shù)穩(wěn)定后,記錄此時(shí)數(shù)據(jù)F1;壓力FN1FN2FN3FN4FN5FN6FN7FN8FN/N1.502.002.503.003.504.004.505.00傳感器數(shù)據(jù)F1F2F3F4F5F6F7F8F/N0.590.830.991.221.421.611.792.01向凹槽中依次添加重力為0.5 N的砝碼,改變木塊與小車之間的壓力FN,重復(fù)操作。數(shù)據(jù)記錄如表:試完成:(1)在實(shí)驗(yàn)過程中,是否要求平板小車必須做勻速直
16、線運(yùn)動(dòng)? (填“是”或“否”)。(2)為了充分測(cè)量數(shù)據(jù),該同學(xué)將所測(cè)得的數(shù)值按如下方法逐一求差,分別計(jì)算出了三個(gè)差值:f1=F5-F1=0.83 N,f2=F6-F2=0.78 N,f3=F7-F3=0.80 N,請(qǐng)你給出第四個(gè)差值:f4= = 。(3)根據(jù)以上差值,可以求出每增加0.50 N砝碼時(shí)摩擦力增加f。f用f1、f2、f3、f4表示的式子為:f= ,代入數(shù)擾解得f= N。(4)木塊與平板小車間的動(dòng)摩擦因數(shù)= 。(3)0.2(4)0.4解析解析(1)測(cè)定木塊和平板小車間的動(dòng)摩擦因數(shù),只需木塊與小車間相對(duì)滑動(dòng),木塊與小車間的摩擦力就是滑動(dòng)摩擦力,所以不需要小車勻速運(yùn)動(dòng)。(2)f4=F8-
17、F4=0.79 N。(3)f=0.2 N。(4)根據(jù)f=FN,又FN=0.5 N,解得=0.4。123416ffff 312444444ffff123416ffff 答案答案(1)否(2)F8-F40.79 N考點(diǎn)三實(shí)驗(yàn)改進(jìn)與實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新考點(diǎn)三實(shí)驗(yàn)改進(jìn)與實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新典例典例3 (2016福建質(zhì)量檢測(cè),12)某同學(xué)為探究加速度與合外力的關(guān)系,設(shè)計(jì)了如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置。一端帶有定滑輪的長(zhǎng)木板固定在水平桌面上,用輕繩繞過定滑輪及輕滑輪將小車與彈簧測(cè)力計(jì)相連。實(shí)驗(yàn)中改變懸掛的鉤碼個(gè)數(shù)進(jìn)行多次測(cè)量,記錄彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F,并利用紙帶計(jì)算出小車對(duì)應(yīng)的加速度a。 圖甲(1)實(shí)驗(yàn)中的鉤碼的質(zhì)量可以不需要遠(yuǎn)小于小車質(zhì)
18、量,其原因是 。A.小車所受的拉力與鉤碼的重力無關(guān)B.小車所受的拉力等于鉤碼重力的一半C.小車所受的拉力可由彈簧測(cè)力計(jì)直接測(cè)出(2)圖乙是實(shí)驗(yàn)中得到的某條紙帶的一部分。已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的交流電頻率為50 Hz,由紙帶數(shù)據(jù)求出小車的加速度a= m/s2。 圖乙(3)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出小車的加速度a與彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)F的關(guān)系圖像,下列圖像中最符合本實(shí)驗(yàn)實(shí)際情況的是 。答案答案(1)C(2)0.75(3)B解析解析(1)小車所受的拉力可由彈簧測(cè)力計(jì)直接測(cè)出,因此實(shí)驗(yàn)中鉤碼的質(zhì)量可以不需要遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量,選項(xiàng)C正確。(2)由x=aT2和逐差法,T=5 s=0.1 s,可得a=10-2 m/s2=0.75
19、 m/s2。(3)由于實(shí)驗(yàn)時(shí)沒有平衡摩擦力,當(dāng)拉力達(dá)到一定值時(shí),小車才會(huì)運(yùn)動(dòng),當(dāng)小車運(yùn)動(dòng)起來后,對(duì)小車受力分析,水平方向小車受繩的拉力F繩=2F,滑動(dòng)摩擦力Ff,由牛頓第二定律有:2F-Ff=ma,則a=F-,則知四個(gè)圖像中符合本實(shí)驗(yàn)實(shí)際情況的是圖像B。15023.35 1.852 0.12mfFm(2014課標(biāo),22,6分)某同學(xué)利用圖(a)所示實(shí)驗(yàn)裝置及數(shù)字化信息系統(tǒng)獲得了小車加速度a與鉤碼的質(zhì)量m的對(duì)應(yīng)關(guān)系圖,如圖(b)所示。實(shí)驗(yàn)中小車(含發(fā)射器)的質(zhì)量為200 g,實(shí)驗(yàn)時(shí)選擇了不可伸長(zhǎng)的輕質(zhì)細(xì)繩和輕定滑輪,小車的加速度由位移傳感器及與之相連的計(jì)算機(jī)得到,回答下列問題: 圖(a) 圖(b
20、)(1)根據(jù)該同學(xué)的結(jié)果,小車的加速度與鉤碼的質(zhì)量成 (填“線性”或“非線性”)關(guān)系。(2)由圖(b)可知,a-m圖線不經(jīng)過原點(diǎn),可能的原因是 。(3)若利用本實(shí)驗(yàn)裝置來驗(yàn)證“在小車質(zhì)量不變的情況下,小車的加速度與作用力成正比”的結(jié)論,并直接以鉤碼所受重力mg作為小車受到的合外力,則實(shí)驗(yàn)中應(yīng)采取的改進(jìn)措施是 。鉤碼的質(zhì)量應(yīng)滿足的條件是 。答案答案(1)非線性(2)存在摩擦力(3)調(diào)節(jié)軌道的傾斜度以平衡摩擦力遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量是存在摩擦力。(3)若將鉤碼所受重力作為小車所受合力,則應(yīng)滿足三個(gè)條件,一是摩擦力被平衡,二是繩平行于軌道平面,此二者可保證繩對(duì)車的拉力等于車所受合力,設(shè)繩的拉力為T,由mg-T=ma、T=Ma有T=g=,可見當(dāng)mM時(shí)才有Tmg,故第三個(gè)條件為mM。mMMm1mgmM解析解析(1)將圖(b)中各點(diǎn)連線,得到的是一條曲線,故a與m的關(guān)系是非線性的。(2)由圖(b)可知,當(dāng)鉤碼質(zhì)量不為零時(shí),在一定范圍內(nèi)小車加速度仍為零,即鉤碼對(duì)小車的拉力大于某一數(shù)值時(shí)小車才產(chǎn)生加速度,故可能的原因
高考物理一輪復(fù)習(xí) 實(shí)驗(yàn) 驗(yàn)證牛頓第二定律課件
