高三復(fù)習(xí) 實驗驗證牛頓運(yùn)動定律

1、第第4 4課時實驗課時實驗: :驗證牛頓運(yùn)動定律驗證牛頓運(yùn)動定律 實驗基礎(chǔ)實驗基礎(chǔ)熱點(diǎn)透析熱點(diǎn)透析實驗創(chuàng)新實驗創(chuàng)新素能提升素能提升實驗基礎(chǔ)實驗基礎(chǔ) 固本求源固本求源 提高技能提高技能原理與操作原理與操作處理與分析處理與分析一、數(shù)據(jù)處理一、數(shù)據(jù)處理1.1.用逐差法求加速度用逐差法求加速度. .2.2.摩擦力平衡不準(zhǔn)確、質(zhì)量測量不準(zhǔn)確、計數(shù)點(diǎn)間距測量不摩擦力平衡不準(zhǔn)確、質(zhì)量測量不準(zhǔn)確、計數(shù)點(diǎn)間距測量不準(zhǔn)確、紙帶和細(xì)繩不嚴(yán)格與木板平行都會引起誤差準(zhǔn)確、紙帶和細(xì)繩不嚴(yán)格與木板平行都會引起誤差. .三、注意事項三、注意事項1.1.平衡摩擦力平衡摩擦力: :在平衡摩擦力時在平衡摩擦力時, ,不要把懸掛小盤

2、的細(xì)繩系在不要把懸掛小盤的細(xì)繩系在小車上小車上, ,即不要給小車加任何牽引力即不要給小車加任何牽引力, ,且要讓小車拖著紙帶勻且要讓小車拖著紙帶勻速運(yùn)動速運(yùn)動. .2.2.不重復(fù)平衡摩擦力不重復(fù)平衡摩擦力. .3.3.實驗條件實驗條件: :小車的質(zhì)量小車的質(zhì)量M M遠(yuǎn)大于小盤和砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)大于小盤和砝碼的總質(zhì)量m.m.4.4.一先一后一按住一先一后一按住: :改變拉力和小車質(zhì)量后改變拉力和小車質(zhì)量后, ,每次開始時小車每次開始時小車應(yīng)盡量靠近打點(diǎn)計時器應(yīng)盡量靠近打點(diǎn)計時器, ,并應(yīng)先接通電源并應(yīng)先接通電源, ,再放開小車再放開小車, ,且應(yīng)在且應(yīng)在小車到達(dá)定滑輪前按住小車小車到達(dá)定滑輪前按住

3、小車. .四、創(chuàng)新改進(jìn)四、創(chuàng)新改進(jìn)運(yùn)用牛頓運(yùn)動定律進(jìn)行探究實驗運(yùn)用牛頓運(yùn)動定律進(jìn)行探究實驗最近幾年內(nèi)高考對本實驗考查最近幾年內(nèi)高考對本實驗考查, ,一般運(yùn)用牛頓運(yùn)動定律進(jìn)行某一般運(yùn)用牛頓運(yùn)動定律進(jìn)行某一探究實驗、利用先進(jìn)系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)等一探究實驗、利用先進(jìn)系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)等. .例如例如:2013:2013年全國新課年全國新課標(biāo)理綜標(biāo)理綜創(chuàng)設(shè)了運(yùn)用牛頓運(yùn)動定律進(jìn)行創(chuàng)設(shè)了運(yùn)用牛頓運(yùn)動定律進(jìn)行“測量物塊與水平桌面測量物塊與水平桌面之間動摩擦因數(shù)之間動摩擦因數(shù)”的探究實驗的探究實驗,2014,2014年全國新課標(biāo)理綜年全國新課標(biāo)理綜創(chuàng)設(shè)創(chuàng)設(shè)了利用了利用“數(shù)字化信息系統(tǒng)數(shù)字化信息系統(tǒng)”直接獲得了小車加速度直

4、接獲得了小車加速度a a與鉤碼的與鉤碼的質(zhì)量質(zhì)量m m的對應(yīng)關(guān)系圖的對應(yīng)關(guān)系圖. .這些高考實驗題雖然創(chuàng)設(shè)了新的情境這些高考實驗題雖然創(chuàng)設(shè)了新的情境, ,但是依然是用已學(xué)的物但是依然是用已學(xué)的物理規(guī)律、實驗原理、方法和技巧處理新問題理規(guī)律、實驗原理、方法和技巧處理新問題, ,因此做實驗題應(yīng)因此做實驗題應(yīng)注重遷移創(chuàng)新能力的培養(yǎng)注重遷移創(chuàng)新能力的培養(yǎng). .熱點(diǎn)透析熱點(diǎn)透析 追蹤熱點(diǎn)追蹤熱點(diǎn) 拓寬思路拓寬思路實驗原理及操作實驗原理及操作熱點(diǎn)一熱點(diǎn)一【例【例1 1】 某實驗小組利用圖示的裝置探究加速度與力、質(zhì)量某實驗小組利用圖示的裝置探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系的關(guān)系. .(1)(1)下列做法正確的是下

5、列做法正確的是( (填字母代號填字母代號).).A.A.調(diào)節(jié)滑輪的高度調(diào)節(jié)滑輪的高度, ,使?fàn)恳緣K的細(xì)繩與長木板保持平行使?fàn)恳緣K的細(xì)繩與長木板保持平行B.B.在調(diào)節(jié)木板傾斜度平衡木塊受到的滑動摩擦力時在調(diào)節(jié)木板傾斜度平衡木塊受到的滑動摩擦力時, ,將裝有砝將裝有砝碼的砝碼桶通過定滑輪拴在木塊上碼的砝碼桶通過定滑輪拴在木塊上C.C.實驗時實驗時, ,先放開木塊再接通打點(diǎn)計時器的電源先放開木塊再接通打點(diǎn)計時器的電源D.D.通過增減木塊上的砝碼改變質(zhì)量時通過增減木塊上的砝碼改變質(zhì)量時, ,不需要重新調(diào)節(jié)木板傾不需要重新調(diào)節(jié)木板傾斜度斜度(2)(2)為使砝碼桶及桶內(nèi)砝碼的總重力在數(shù)值上近似等于木塊

6、運(yùn)為使砝碼桶及桶內(nèi)砝碼的總重力在數(shù)值上近似等于木塊運(yùn)動時受到的拉力動時受到的拉力, ,應(yīng)滿足的條件是砝碼桶及桶內(nèi)砝碼的總質(zhì)量應(yīng)滿足的條件是砝碼桶及桶內(nèi)砝碼的總質(zhì)量木塊和木塊上砝碼的總質(zhì)量木塊和木塊上砝碼的總質(zhì)量.(.(選填選填“遠(yuǎn)大于遠(yuǎn)大于”、“遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于小于”或或“近似等于近似等于”)思路點(diǎn)撥思路點(diǎn)撥: : 對第對第(1)(1)問問, ,要保證繩拉木塊的力為木塊受的合力要保證繩拉木塊的力為木塊受的合力; ;對第對第(2)(2)問問, ,應(yīng)用牛頓第二定律求出繩拉木塊的力的表達(dá)式應(yīng)用牛頓第二定律求出繩拉木塊的力的表達(dá)式, ,再分析在什么條再分析在什么條件下件下, ,該拉力約等于砝碼及桶的總重力該拉

7、力約等于砝碼及桶的總重力; ;對第對第(3)(3)問問, ,應(yīng)先寫出函數(shù)表應(yīng)先寫出函數(shù)表達(dá)式達(dá)式, ,再分析再分析m m甲甲與與m m乙乙,甲甲與與乙乙的關(guān)系的關(guān)系. .答案答案: : (1)AD (1)AD(2)(2)遠(yuǎn)小于遠(yuǎn)小于(3)(3) 方法技巧方法技巧在求解函數(shù)圖像問題時在求解函數(shù)圖像問題時( (如上面第如上面第(3)(3)問問),),關(guān)鍵是要寫出函關(guān)鍵是要寫出函數(shù)表達(dá)式數(shù)表達(dá)式, ,由此便可知圖像斜率、截距的物理意義由此便可知圖像斜率、截距的物理意義. .實驗數(shù)據(jù)處理與誤差分析實驗數(shù)據(jù)處理與誤差分析熱點(diǎn)二熱點(diǎn)二【例【例2 2】 在用圖在用圖(a)(a)所示裝置做所示裝置做“驗證牛頓

8、第二定律驗證牛頓第二定律”的實驗中的實驗中: :(1)(1)甲同學(xué)在外力甲同學(xué)在外力F F一定的條件下一定的條件下, ,探究探究a a與與M M的關(guān)系時的關(guān)系時, ,所得到的實所得到的實驗結(jié)果如下表驗結(jié)果如下表: :外力外力F=0.1 NF=0.1 N請你完善表中數(shù)據(jù)請你完善表中數(shù)據(jù), ,并在圖并在圖(b)(b)中給出的坐標(biāo)紙上畫出中給出的坐標(biāo)紙上畫出a-1/Ma-1/M的圖像的圖像; ;由圖像可得到的結(jié)論是由圖像可得到的結(jié)論是 .(2)(2)乙同學(xué)在探究加速度與外力關(guān)系的實驗中得到的乙同學(xué)在探究加速度與外力關(guān)系的實驗中得到的a-Fa-F圖像如圖像如圖圖(c),(c),則該圖像中圖線不過原點(diǎn)的

9、原因是則該圖像中圖線不過原點(diǎn)的原因是 ,小車的質(zhì)量為小車的質(zhì)量為 kg(kg(保留兩位有效數(shù)字保留兩位有效數(shù)字).).(2)(2)木板傾角過大木板傾角過大( (或平衡摩擦力過度或平衡摩擦力過度) )0.28(0.260.28(0.260.290.29均正確均正確) )(2)(2)圖像中的各點(diǎn)在描點(diǎn)時要找準(zhǔn)圖像中的各點(diǎn)在描點(diǎn)時要找準(zhǔn), ,連線時不要把圖線畫成通過連線時不要把圖線畫成通過各點(diǎn)的折線各點(diǎn)的折線. .實驗創(chuàng)新實驗創(chuàng)新 瞻新動向瞻新動向 探新類題探新類題運(yùn)用牛頓運(yùn)動定律進(jìn)行探究實驗運(yùn)用牛頓運(yùn)動定律進(jìn)行探究實驗【典例】【典例】 (2013 (2013 全國新課標(biāo)理綜全國新課標(biāo)理綜) 圖圖(

10、a)(a)為測量物塊與水平為測量物塊與水平桌面之間動摩擦因數(shù)的實驗裝置示意圖桌面之間動摩擦因數(shù)的實驗裝置示意圖. .實驗步驟如下實驗步驟如下: :思路點(diǎn)撥思路點(diǎn)撥: : (1)10 (1)10分度、分度、2020分度、分度、5050分度的游標(biāo)卡尺的最小分度分分度的游標(biāo)卡尺的最小分度分別為別為0.1 mm0.1 mm、0.05 mm0.05 mm、0.02 mm;0.02 mm;(3)(3)可以運(yùn)用整體法或隔離法選取研究對象進(jìn)行受力分析可以運(yùn)用整體法或隔離法選取研究對象進(jìn)行受力分析, ,由牛頓運(yùn)由牛頓運(yùn)動定律求得動摩擦因數(shù)動定律求得動摩擦因數(shù).(4)(4)由實驗裝置引起的誤差為系統(tǒng)誤差由實驗裝置

11、引起的誤差為系統(tǒng)誤差. .命題創(chuàng)新命題創(chuàng)新以本實驗為背景以本實驗為背景, ,通過改變實驗條件、實驗儀器通過改變實驗條件、實驗儀器, ,或巧用物理規(guī)律進(jìn)行新的或巧用物理規(guī)律進(jìn)行新的探究活動來設(shè)置題目探究活動來設(shè)置題目, ,不脫離教材而又不拘泥教材不脫離教材而又不拘泥教材, ,體現(xiàn)開放性、探究性、體現(xiàn)開放性、探究性、創(chuàng)新性等特點(diǎn)創(chuàng)新性等特點(diǎn). .命題動向命題動向1:1:實驗器材的改進(jìn)實驗器材的改進(jìn)(1)(1)為了減小摩擦為了減小摩擦, ,用氣墊導(dǎo)軌替代長木板用氣墊導(dǎo)軌替代長木板; ;(2)(2)用頻閃照相或光電計時器替代打點(diǎn)計時器用頻閃照相或光電計時器替代打點(diǎn)計時器. .命題動向命題動向2:2:數(shù)

12、據(jù)處理方法的改進(jìn)數(shù)據(jù)處理方法的改進(jìn)利用傳感器利用傳感器, ,借助于計算機(jī)系統(tǒng)來處理數(shù)據(jù)借助于計算機(jī)系統(tǒng)來處理數(shù)據(jù), ,得到加速度得到加速度, ,或直接得到加速度或直接得到加速度與外力、加速度與質(zhì)量之間的關(guān)系與外力、加速度與質(zhì)量之間的關(guān)系. .命題動向命題動向3:3:運(yùn)用牛頓運(yùn)動定律進(jìn)行新的探究實驗運(yùn)用牛頓運(yùn)動定律進(jìn)行新的探究實驗以本實驗為背景以本實驗為背景, ,結(jié)合牛頓第二定律結(jié)合牛頓第二定律, ,測量兩接觸面間的動摩擦因數(shù)、物體測量兩接觸面間的動摩擦因數(shù)、物體的質(zhì)量等的質(zhì)量等. .素能提升素能提升 模擬實驗?zāi)M實驗 操作演練操作演練1.(1.(多選多選) )在利用打點(diǎn)計時器和小車做在利用打點(diǎn)

13、計時器和小車做“驗證牛頓運(yùn)動定律驗證牛頓運(yùn)動定律”的實驗的實驗時時, ,下列說法中正確的是下列說法中正確的是( ( ) )A.A.平衡摩擦力時平衡摩擦力時, ,應(yīng)將砝碼盤及盤內(nèi)砝碼通過定滑輪拴在小車上應(yīng)將砝碼盤及盤內(nèi)砝碼通過定滑輪拴在小車上B.B.連接砝碼盤和小車的細(xì)繩應(yīng)跟長木板保持平行連接砝碼盤和小車的細(xì)繩應(yīng)跟長木板保持平行C.C.平衡摩擦力后平衡摩擦力后, ,長木板的位置不能移動長木板的位置不能移動D.D.小車釋放前應(yīng)靠近打點(diǎn)計時器小車釋放前應(yīng)靠近打點(diǎn)計時器, ,且應(yīng)先接通電源再釋放小車且應(yīng)先接通電源再釋放小車解析解析: :本題考查實驗過程中應(yīng)注意的事項本題考查實驗過程中應(yīng)注意的事項, ,

14、平衡摩擦力時平衡摩擦力時, ,不能將砝不能將砝碼盤及盤內(nèi)砝碼碼盤及盤內(nèi)砝碼( (或小桶或小桶) )通過細(xì)繩拴在小車上通過細(xì)繩拴在小車上, ,選項選項A A錯誤錯誤; ;選項選項B B、C C、D D符合正確的操作方法符合正確的操作方法, ,選項選項B B、C C、D D正確正確. .BCDBCD2.(20142.(2014石家莊模擬石家莊模擬) )用如圖用如圖( (甲甲) )所示的實驗裝置所示的實驗裝置, ,探究加速度與探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系力、質(zhì)量的關(guān)系. .實驗中實驗中, ,將一端帶滑輪的長木板放在水平實驗臺上將一端帶滑輪的長木板放在水平實驗臺上, ,實驗小車通實驗小車通過輕細(xì)線跨過定

15、滑輪與鉤碼相連過輕細(xì)線跨過定滑輪與鉤碼相連, ,小車與紙帶相連小車與紙帶相連, ,打點(diǎn)計時器打點(diǎn)計時器所用交流電的頻率為所用交流電的頻率為f=50 Hz.f=50 Hz.在保持實驗小車質(zhì)量不變的情況在保持實驗小車質(zhì)量不變的情況下下, ,放開鉤碼放開鉤碼, ,小車加速運(yùn)動小車加速運(yùn)動, ,處理紙帶得到小車運(yùn)動的加速度處理紙帶得到小車運(yùn)動的加速度a;a;改變鉤碼的個數(shù)改變鉤碼的個數(shù), ,重復(fù)實驗重復(fù)實驗. .(2)(2)根據(jù)實驗測得的數(shù)據(jù)根據(jù)實驗測得的數(shù)據(jù), ,以小車運(yùn)動的加速度以小車運(yùn)動的加速度a a為縱軸為縱軸, ,鉤碼的鉤碼的質(zhì)量質(zhì)量m m為橫軸為橫軸, ,得到如圖得到如圖( (丙丙) )所示的所示的a-ma-m圖像圖像, ,已知重力加速度已知重力加速度g=10 m/sg=10 m/s2 2. .由圖像求出實驗小車的質(zhì)量為由圖像求出實驗小車的質(zhì)量為kg;kg;平衡摩擦力時平衡摩擦力時, ,長木板與水平實驗臺傾角的正切值約為長木板與水平實驗臺傾角的正切值約為.答案答案: : (1)0.3 (1)0.3(2)(2)1.01.00.010.01解析解析: : (1) (1)根據(jù)圖中描出的各點(diǎn)作出的圖像不是一條直線根據(jù)圖中描出的各點(diǎn)作出的圖像不是一條直線, ,故小車的故小車的加速度和鉤碼的質(zhì)量成非線性關(guān)系加速度和鉤碼的質(zhì)量成非線性關(guān)系.(2).(2)圖像不過原點(diǎn)圖像不過原點(diǎn), ,小車受