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1、实验四 验证牛顿运动定律,实验基础,热点定位,跟踪训练,实验基础理解落实 夯基础,注意事项 1.平衡摩擦力:在平衡摩擦力时,不要把悬挂小盘的细绳系在小车上,即不要给小车加任何牵引力,且要让小车拖着纸带匀速运动. 2.实验条件:小车的质量M远大于小盘和砝码的总质量m. 3.操作要领: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,且应在小车到达定滑轮前按住小车.,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.,热点定位重点透析 通热点,热点一 实验原理与操作 【例1】 某实验小组利用如图所示的装置探究加速
2、度与力、质量的关系. (1)(多选)下列做法正确的是 (填字母代号). A.调节滑轮的高度,使牵引木块的细绳与长木板保持平行 B.在调节木板倾斜度平衡木块受到的滑动摩擦力时,将装有砝码的砝码盘通过定滑轮拴在木块上 C.实验时,先放开木块再接通打点计时器的电源 D.通过增减木块上的砝码改变质量时,不需要重新调节木板倾斜度,(2)为使砝码盘及盘内砝码的总重力在数值上近似等于木块运动时受到的拉力,应满足的条件是砝码盘及盘内砝码的总质量 (选填“远大于”“远小于”或“近似等于”)木块和木块上砝码的总质量. (3)由于没有始终满足木块及木块上砝码的质量M远大于砝码盘及盘内砝码的质量m的关系,结果得到的图
3、像应是下图中的 (填正确答案标号).,核心点拨 (1)在平衡摩擦力后,才能认为绳的拉力就是木块的合力.用补偿法平衡摩擦力,即将木板适当倾斜,使木块重力沿斜面向下的分力与木块所受滑动摩擦力相抵消. (2)只有在砝码盘失重不严重的情况下,即木块、砝码盘的加速度不太大的情况下,才能认为砝码盘的重力等于绳的拉力.,解析:(1)木块下滑时,要使细绳的拉力使木块加速运动,则应使细绳与木板平行,且消除木块与木板间的滑动摩擦力,故平衡摩擦力时,不能悬挂砝码盘,选项A正确,B错误;调节木板倾角,消除摩擦力后该倾角大小与木块质量无关,因此木块上增减砝码时,不需要重新调节木板倾斜度,选项D正确;实验中,要求打点计时
4、器在纸带上打出足够多的点,则需要先接通打点计时器电源,再释放木块,故选项C错误.,(2)实验中平衡好摩擦力后,绳的拉力提供木块的合外力即F=ma;砝码盘及盘内砝码与木块运动的速度相等,由牛顿第二定律得mg-F=ma,两式联立得mg=(m+m)a,当mm时,m+mm,mgma即当mm时,砝码盘及盘内砝码的总重力近似等于木块运动时受到的拉力,故应选填“远小于”.,答案:(1)AD (2)远小于 (3)D,反思总结 解决“验证牛顿运动定律”问题的注意点 (1)实验操作步骤 平衡木块的滑动摩擦力时,砝码盘不能拴在木块上. 改变木块质量时,不需要重新平衡摩擦力. 实验过程中,应先接通电源,再放开木块.
5、(2)实验原理的理解 平衡木块摩擦力后,细绳的拉力即为木块的合外力. 只有满足砝码盘及盘内砝码的总质量远小于木块和木块上砝码的总质量时,细绳的拉力才近似等于砝码盘及盘内砝码的总重力. (3)利用图像分析实验结果的方法 因没有平衡摩擦力,a-F图线为不过原点的倾斜直线. 充分利用a-F图线的斜率、截距的意义解题.,【教师备用】 (2016四川乐山二模) (1)我们已经知道,物体的加速度a同时跟合外力F和质量M两个因素有关.要研究这三个物理量之间的定量关系,需采用的研究方法是 . (2)某同学的实验方案如图所示,她想用沙桶的重力表示小车受到的合外力F,为了减少这种做法带来的实验误差,她先做了两方面
6、的调整措施:,用小木块将长木板无滑轮的一端垫高,目的是 . 使沙桶的质量远小于小车的质量,目的是使拉小车的力近似等于 .,(3)该同学利用实验中打出的纸带求加速度时,处理方案有两种:,答案:(1)控制变量法 (2)平衡摩擦力 沙桶的重力 (3)B,热点二 实验数据处理与误差分析 【例2】 某同学设计了一个探究加速度a与物体所受合力F及质量m关系的实验,图(甲)为实验装置简图.(交流电源的频率为50 Hz),(1)图(乙)为某次实验得到的纸带,根据纸带可求出小车的加速度大小为 m/s2.(保留两位有效数字),答案:(1)3.2,核心点拨 (2)描点法作图时,若描出的各点大体在一条直线上时,应过这
7、些点画出一条倾斜的直线,该直线通过的点要尽可能多,不在直线上的点均匀分布在直线两侧.,答案:(2)图见解析 正比关系,(3)保持小车质量m不变,改变沙和沙桶质量M,该同学根据实验数据作出了加速度a随合力F变化的图线如图(丁)所示.该图线不通过原点,其主要原因是 .,核心点拨 (3)分析a-F图线要注意截距的物理意义.,答案:(3)未平衡摩擦力或平衡摩擦力不充分,解析：(3)根据题图(丁)可知,当拉力F增加到某一值时,小车才具有加速度,说明小车还受到摩擦力影响.,反思总结 在“验证牛顿运动定律”实验中,处理实验结果需注意的几点,(1)利用纸带求解小车的加速度 逐差法求纸带加速度的公式a= .,注
8、意对计算结果的有效数字要求. (2)利用图像分析a,F间的关系及误差分析 保持小车质量不变时,a-F图像应为一条过原点的直线. a-F图像不过原点可能是平衡小车摩擦力时没有达到实验要求所致. (3)利用图像分析a,m间的关系 小车合力不变时,a,m之间成反比关系.,利用化曲为直的思想,作出a- 关系图线,若为过原点的倾斜直线,则小车合外力一定时,a,m之间成反比关系.,【教师备用】 在用图(甲)所示装置做“验证牛顿第二定律”的实验中: (1)甲同学在外力F一定的条件下,探究a与M的关系时,所得到的实验结果如下表: 外力F=0.1 N,请你完善表中数据,并在图(乙)中给出的坐标纸上画出a- 的图
9、像;,由图像可得到的结论是 .,答案:(1)5.00 a- 图像见解析图,在外力一定的情况下,物体的加速度与质量成反比,(2)乙同学在探究加速度与外力关系的实验中得到的a-F图像如图(丙),则小车的质量为 kg(保留两位有效数字).,答案：(2)0.28(0.260.29均正确),热点三 实验创新与改进,新题体验,1.(2016福建福州质检)某同学为探究加速度与合外力的关系,设计了如图(甲)所示的实验装置.一端带有定滑轮的长木板固定在水平桌面上,用轻绳绕过定滑轮及轻滑轮将小车与弹簧测力计相连.实验中改变悬挂的钩码个数进行多次测量,记录弹簧测力计的示数F,并利用纸带计算出小车对应的加速度a.,(
10、1)实验中钩码的质量可以不需要远小于小车质量,其原因是 . (填选项前的标号) A.小车所受的拉力与钩码的重力无关 B.小车所受的拉力等于钩码重力的一半 C.小车所受的拉力可由弹簧测力计直接测出,解析:(1)在利用木板、小车探究加速度与合外力的关系实验中,采用钩码重力代替细绳拉力,必须满足钩码的质量要远小于小车质量,而此题的实验装置中,小车所受的拉力可由弹簧测力计直接测出.因此实验中钩码的质量可以不需要远大于小车质量,选项C正确.,答案:(1)C,(2)图(乙)是实验中得到的某条纸带的一部分.已知打点计时器使用的交流电源频率为50 Hz,由纸带数据求出小车的加速度a= m/s2.,答案:(2)
11、0.75,(3)根据实验数据绘出小车的加速度a与弹簧测力计示数F的关系图像,下列图像中最符合本实验实际情况的是 .,解析:(3)由于实验时没有平衡摩擦力,在挂一小钩码时,测力计有读数,可能小车仍处于静止状态(加速度为零),而实验中又不需要满足钩码质量远小于小车质量,所以图像中最符合本实验实际情况的是图B.,答案: (3)B,2.(2016全国卷,23)某物理课外小组利用图(甲)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
12、 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. (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(乙)所示,由图(乙)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.,答案:(3)0.39,(4)利用表中的数据在图(丙)中补齐数据点,并作出a-n图像.从图
13、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.,答案:(4)a-n图像见解析,解析：(4)在题图(丙)中描出数据点(2,0.39),(3,0.58)(5,1.00)并过各数据点作出a-n图像,如图所示.,(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,重力加速度取g=9.8 ms-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,(6)若保持木板水平,小车运动受摩擦力作用,n的数值相同的情况下
14、,加速度a变小,直线的斜率变小,绳的拉力等于摩擦力时,小车才开始运动,图像不过原点,故选项B正确.,答案: (5)0.44 (6)B,跟踪训练即时巩固 测效果,1.(1)探究加速度和力的关系的实验数据描绘出的a-F图像如图(甲)所示,下列说法正确的是 .(填正确答案标号) A.三条倾斜的直线所对应的小车的质量相等 B.三条倾斜的直线所对应的小车的质量不同 C.直线1所对应的小车的质量最大 D.直线3所对应的小车的质量最大,解析:(1)a-F关系图线的斜率表示质量的倒数,三条图线的斜率不相等,表明所对应的小车的质量不同,直线3对应的小车的质量最大,选项B,D正确.,答案:(1)BD,(1)有关此
15、实验,下列叙述正确的是 (填正确答案标号). A.在进行图(甲)的实验操作时,F1,F2的方向必须互相垂直 B.在进行图(乙)的实验操作时,必须将橡皮条的结点拉到O点 C.在进行图(甲)的实验操作时,保证O点的位置不变,F1方向不变而大小变大时,F2一定变小 D.在误差允许的范围内,拉力F一定等于F1,F2的代数和,解析:(1)F1,F2的方向之间的夹角是任意的,这样才会使实验具有普遍性,选项A错误;图(甲)与图(乙)的作用效果是等效的,选项B正确;实验中若F1变大而O点位置不变,则F2的大小和方向都要变化,F2有可能变大,也有可能先变小再变大,故选项C错误;拉力F与F1,F2之间满足平行四边
16、形定则,故选项D错误.,答案:(1)B,(2)探究加速度a与所受合外力F的关系时,保持小车质量一定,有两位同学分别做实验,作出的a-F图线如图(乙)、(丙)所示.下列分析正确的是 .(填正确答案标号) A.(乙)图图线不通过原点,是因为没有平衡摩擦力 B.(乙)图图线不通过原点,是因为平衡摩擦力时木板一端垫得过高 C.(丙)图图线发生弯曲,是因为弯曲部分对应的小车的质量偏大 D.(丙)图图线发生弯曲,是因为弯曲部分对应的钩码质量偏大,解析:(2)(乙)图中,可以发现当F=0时,小车已经有加速度了,说明在平衡摩擦力的过程中,木板一端垫得过高,选项B正确,A错误;(丙)图中图线不是一条直线,说明不满足“钩码的质量要远小于小车的质量”,即弯曲部分对应的钩码的质量偏大,选项D正确,C
