2021高考物理一輪復(fù)習(xí)第3章牛頓運動定律實驗四驗證牛頓運動定律學(xué)案新人教版

1、實驗四驗證牛頓運動定律主干梳理 對點激活1學(xué)會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掌握利用圖象處理數(shù)據(jù)的方法。探究加速度a與力f及質(zhì)量m的關(guān)系時，應(yīng)用的基本方法是控制變量法，即先控制一個參量小車的質(zhì)量m不變，探究加速度a與力f的關(guān)系，再控制砝碼和小盤的質(zhì)量不變，即力f不變，改變小車質(zhì)量m，探究加速度a與m的關(guān)系。打點計時器、紙帶、復(fù)寫紙片、小車、一端附有定滑輪的長木板，小盤、砝碼、夾子、細(xì)繩、墊木、低壓交流電源、導(dǎo)線、天平(帶有一套砝碼)、刻度尺。1稱量質(zhì)量用天平測量小盤的質(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驗器材安裝好，只是不把懸掛小盤的細(xì)繩系在小車

2、上(即不給小車牽引力)。3平衡摩擦力在長木板不帶定滑輪的一端下面墊上一塊薄木塊，反復(fù)移動薄木塊的位置，直至小車在斜面上運動時可以保持勻速運動狀態(tài)。4讓小車靠近打點計時器，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，打出一條紙帶。計算小盤和砝碼的重力，即為小車所受的合外力，由紙帶計算出小車的加速度，并把力和對應(yīng)的加速度填入表1中。5改變小盤內(nèi)砝碼的個數(shù)，重復(fù)步驟4，并多做幾次。6保持小盤內(nèi)的砝碼個數(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打出紙帶。計算砝碼和小車的總質(zhì)量m，并由紙帶計算出小車對應(yīng)的加速度，并將所對應(yīng)的質(zhì)量和加速度填入表2中。7改變小車上砝碼的個

3、數(shù)，重復(fù)步驟6，并多做幾次。表1實驗次數(shù)加速度a/(ms2)小車受力f/n1234表2實驗次數(shù)加速度a/(ms2)小車和砝碼的總質(zhì)量m/kg12341計算加速度先在各條紙帶上標(biāo)明計數(shù)點，測量各計數(shù)點間的距離，再根據(jù)逐差法計算紙帶對應(yīng)的加速度。2作圖象找關(guān)系根據(jù)表1中記錄的各組對應(yīng)的加速度a與小車所受牽引力f，建立直角坐標(biāo)系，描點畫af圖象，如果圖象是一條過原點的傾斜直線，便證明加速度與合外力成正比。再根據(jù)表2中記錄的各組對應(yīng)的加速度a與小車和砝碼的總質(zhì)量m，建立直角坐標(biāo)系，描點畫a圖象，如果圖象是一條過原點的傾斜直線，就證明了加速度與質(zhì)量成反比。1因?qū)嶒炘聿煌晟埔鹫`差。以小盤和砝碼整體(整

4、體質(zhì)量為mm0m砝)為研究對象得mgfma；以小車為研究對象得fma；求得fmgmgf0時，木板才產(chǎn)生加速度，排除a、b；隨著繼續(xù)向瓶中加水，礦泉水瓶和水的總質(zhì)量m不斷增加，礦泉水瓶和水的總質(zhì)量m不再遠(yuǎn)小于木板的質(zhì)量m，由牛頓第二定律得：mgtma，tf0ma，故a，其中f1mg，開始mm，圖線為傾斜直線，m較大時，圖線斜率減小，故選c。(3)加水不可以改變滑動摩擦力的大小，故a錯誤；緩慢向瓶中加水，可以更方便地獲取多組實驗數(shù)據(jù)，故b正確；緩慢向瓶中加水，直到木板剛剛開始運動，可以比較精確地測出摩擦力的大小，故c正確；兩者都能獲得很大的加速度，故d錯誤；故b、c正確。變式3某同學(xué)為驗證牛頓第二

5、定律而設(shè)計的實驗裝置如圖所示，圖中繩子不可伸長，已知左側(cè)托盤及砝碼質(zhì)量為m1，右側(cè)托盤及砝碼質(zhì)量為m2，且m1m2，現(xiàn)由靜止釋放左側(cè)托盤，測量系統(tǒng)加速度大小。然后改變m1、m2質(zhì)量，重復(fù)實驗多次。(1)該同學(xué)利用圖示實驗裝置求得左側(cè)托盤及砝碼的加速度的表達(dá)式a_(用字母m1、m2及g表示)。(2)該同學(xué)認(rèn)為，只要保持_不變，即可得出m1、m2系統(tǒng)的加速度大小與系統(tǒng)的合外力成正比；只要保持_不變，即可得出m1、m2系統(tǒng)的加速度大小與系統(tǒng)的總質(zhì)量成反比。(3)該同學(xué)用此裝置多次測量系統(tǒng)的加速度大小a，并用天平測出m1、m2的質(zhì)量，利用(1)中的表達(dá)式計算出系統(tǒng)的加速度a，發(fā)現(xiàn)a總是_a(填“大于”

6、“等于”或“小于”)。答案(1)(2)m1m2m1m2 (3)小于解析(1)由牛頓第二定律得m1gtm1a，tm2gm2a，聯(lián)立得a。(2)當(dāng)系統(tǒng)質(zhì)量不變，即m1m2不變時，可得出系統(tǒng)的加速度大小與系統(tǒng)的合外力成正比；當(dāng)系統(tǒng)合外力不變，即m1m2不變時，可得出系統(tǒng)的加速度大小與系統(tǒng)的總質(zhì)量成反比。(3)由于實際測量時會有阻力，造成系統(tǒng)誤差，使a總是小于a。高考模擬 隨堂集訓(xùn) 對應(yīng)學(xué)生用書p0691(2016全國卷) 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，置于實驗臺上的長木板水平放置，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車相連，另一端可懸掛

7、鉤碼。本實驗中可用的鉤碼共有n5個，每個質(zhì)量均為0.010 kg。實驗步驟如下：(1)將5個鉤碼全部放入小車中，在長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n1,2,3,4,5)個鉤碼掛在輕繩右端，其余nn個鉤碼仍留在小車內(nèi)；用手按住小車并使輕繩與木板平行。釋放小車，同時用傳感器記錄小車在時刻t相對于其起始位置的位移s，繪制st圖象，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后可得到相應(yīng)的加速度a。(3)對應(yīng)于不同的n的a值見下表。n2時的st圖象如圖b所示；由圖b求出此時小車的加速度(保留兩位有效數(shù)字)，將結(jié)果填入下表。n12345a/(ms2)0.200.580.781.0

8、0(4)利用表中的數(shù)據(jù)在圖c中補齊數(shù)據(jù)點，并作出an圖象。從圖象可以看出：當(dāng)物體質(zhì)量一定時，物體的加速度與其所受的合外力成正比。(5)利用an圖象求得小車(空載)的質(zhì)量為_kg(保留兩位有效數(shù)字，重力加速度取g9.8 ms2)。(6)若以“保持木板水平”來代替步驟(1)，下列說法正確的是_(填入正確選項前的標(biāo)號)。aan圖線不再是直線ban圖線仍是直線，但該直線不過原點can圖線仍是直線，但該直線的斜率變大答案(3)0.39(在0.370.42范圍內(nèi)也可)(4)如圖所示(5)0.45(在0.430.47范圍內(nèi)也可)(6)bc解析(3)由sat2得：a，在st圖象中找一點坐標(biāo)，代入公式即可求出a

9、。(5)對小車和鉤碼組成的系統(tǒng)應(yīng)用牛頓第二定律：nmgtnma，t(nn)mma，聯(lián)立得a，an圖象的斜率k，從而可解出m。(6)對于已平衡摩擦力的情況，an；對于木板水平的情況，由牛頓第二定律：nmgtnma，t(nn)mmg(nn)mma，聯(lián)立得：ang，比較可知，b、c均正確。2. (2019湖北武漢市調(diào)研)某同學(xué)用如圖所示裝置來探究“在外力一定時，物體的加速度與其質(zhì)量之間的關(guān)系”。(1)下列實驗中的相關(guān)操作，正確的是_。a平衡摩擦力時，應(yīng)先將沙桶用細(xì)線繞過定滑輪系在小車上b平衡摩擦力時，小車后面應(yīng)固定一條紙帶，紙帶穿過打點計時器c小車釋放前應(yīng)靠近打點計時器，且先釋放小車后接通打點計時器

10、的電源(2)將沙和沙桶的總重力mg近似地當(dāng)成小車所受的拉力f會給實驗帶來系統(tǒng)誤差。設(shè)小車所受拉力的真實值為f真，為了使系統(tǒng)誤差5%，則小車和砝碼的總質(zhì)量m與m應(yīng)當(dāng)滿足的條件是_。(3)在完成實驗操作后，用圖象法處理數(shù)據(jù)，得到小車的加速度的倒數(shù)與小車的質(zhì)量m的關(guān)系圖象，正確的是_。答案(1)b(2)0.05(3)c解析(1)平衡摩擦力時，應(yīng)不掛沙桶，只讓小車拖著紙帶在木板上做勻速運動，a錯誤；平衡摩擦力時，小車后面應(yīng)固定一條紙帶，紙帶穿過打點計時器，b正確；小車釋放前應(yīng)靠近打點計時器，且先接通打點計時器的電源后釋放小車，c錯誤。(2)對小車，根據(jù)牛頓第二定律得：a，對沙和沙桶，根據(jù)牛頓第二定律得

11、：a，且5%，聯(lián)立解得0.05。(3)由牛頓第二定律可知：f真ma，mgf真ma，聯(lián)立解得a，則m，m圖線是一條縱截距大于零的傾斜直線，c正確。3(2019河北衡水中學(xué)高三二調(diào))如圖甲(側(cè)視圖只畫了一個小車)所示的實驗裝置可以驗證“牛頓第二定律”，兩個相同的小車放在光滑水平桌面上，右端各系一條細(xì)繩，跨過定滑輪各掛一個小盤，增減盤中的砝碼可改變小車受到的合外力，增減車上的砝碼可改變小車的質(zhì)量。兩車左端各系一條細(xì)線，用一個黑板擦把兩細(xì)線同時按在固定、粗糙的水平墊片上，使小車靜止(如圖乙)。抬起黑板擦兩車同時運動，在兩車碰到滑輪前，迅速按下黑板擦，兩車立刻停止，測出兩車位移的大小。(1)該實驗中，盤

12、和盤中砝碼的總質(zhì)量應(yīng)_小車及車上砝碼的總質(zhì)量(填“遠(yuǎn)大于”“遠(yuǎn)小于”或“等于”)。(2)圖丙為某同學(xué)在驗證“合外力不變時，加速度與質(zhì)量成反比”時的實驗記錄，已測得小車1的總質(zhì)量m1100 g，小車2的總質(zhì)量m2200 g。由圖可讀出小車1的位移x15.00 m，小車2的位移x2_ cm，可以算出_(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)；在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，_(填“大于”“小于”或“等于”)。答案(1)遠(yuǎn)小于(2)2.45(2.422.48均可)2.04(2.022.07均可)等于解析(1)要使實驗中盤和盤中砝碼的總重力近似等于細(xì)線的拉力，盤和盤中砝碼的總質(zhì)量應(yīng)遠(yuǎn)小于小車及車上砝碼的總質(zhì)量。(2)由圖可知

13、，小車2的位移x22.45 cm，由勻變速直線運動的位移公式可知，xat2，即a，由于兩車運動的時間相等，所以2.04，故在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，。4(2018安徽聯(lián)盟)在“驗證牛頓運動定律”的實驗中，某物理興趣小組利用如圖甲所示的裝置進(jìn)行實驗。(1)用20分度的游標(biāo)卡尺測出擋光片的寬度如圖乙所示，則寬度d_ cm。(2)接通氣源，調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌水平，讓滑塊從不同位置由靜止釋放，記錄擋光片通過光電門的擋光時間t，測出釋放點到光電門的間距為s，以s為縱軸，為橫軸作圖，得到的圖象是一條過原點的傾斜直線，且斜率為k，則滑塊的加速度a_(用d、k表示)。(3)若以測得的滑塊加速度a為縱軸，所掛鉤碼的重力代替拉力f，作出如圖丙中圖線1。為了減小誤差，該興趣小組將一個力傳感器安裝在滑塊上(傳感器的質(zhì)量可忽略不計)，從力傳感器中得出拉力f，作出a