高三物理復(fù)習(xí)實(shí)驗(yàn)四驗(yàn)證牛頓第二定律

1/28基礎(chǔ)自主梳理2/28基礎(chǔ)自主梳理3/28基礎(chǔ)自主梳理4/28基礎(chǔ)自主梳理5/28基礎(chǔ)自主梳理6/28基礎(chǔ)自主梳理7/28基礎(chǔ)自主梳理8/28精典考題例析例1(·樂山市第一次診療性測(cè)試)某試驗(yàn)小組利用圖示裝置探究加速度與力、質(zhì)量關(guān)系．(1)(多項(xiàng)選擇)以下做法正確是______(填字母代號(hào))．A．調(diào)整滑輪高度，使?fàn)恳緣K細(xì)繩與長(zhǎng)木板保持平行B．在調(diào)整木板傾斜度平衡木塊受到滑動(dòng)摩擦力時(shí)，將裝有砝碼砝碼桶經(jīng)過定滑輪拴在木塊上C．試驗(yàn)時(shí)，先放開木塊再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源D．經(jīng)過增減木塊上砝碼改變質(zhì)量時(shí)，不需要重新調(diào)整木板傾斜度9/28精典考題例析10/28精典考題例析11/28精典考題例析例2某同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖所表示裝置，利用米尺、秒表、輕繩、輕滑輪、軌道、滑塊、托盤和砝碼等器材來測(cè)定滑塊和軌道間動(dòng)摩擦因數(shù)μ.滑塊和托盤上分別放有若干砝碼，滑塊質(zhì)量為M，滑塊上砝碼總質(zhì)量為m′，托盤和盤中砝碼總質(zhì)量為m.試驗(yàn)中，滑塊在水平軌道上從A到B做初速為零勻加速直線運(yùn)動(dòng)，重力加速度g取10m/s2.(1)為測(cè)量滑塊加速度a，須測(cè)出它在A、B間運(yùn)動(dòng)________與________，計(jì)算a運(yùn)動(dòng)學(xué)公式是________；12/28精典考題例析(2)依據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律得到a與m關(guān)系為a＝m－μg他想經(jīng)過屢次改變m，測(cè)出對(duì)應(yīng)a值，并利用上式來計(jì)算μ.若要求a是m一次函數(shù)，必須使上式中________保持不變，試驗(yàn)中應(yīng)將從托盤中取出砝碼置于________；(3)試驗(yàn)得到a與m關(guān)系如圖所表示，由此可知μ＝______(取兩位有效數(shù)字)．13/28精典考題例析

解析：(1)滑塊從A到B做初速度為零勻加速直線運(yùn)動(dòng)，由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式可得x＝1/2at2，a＝2x/t2，需要利用米尺測(cè)量滑塊從A到B位移x，利用秒表測(cè)時(shí)間t.(2)利用整體法，以滑塊、砝碼和托盤為系統(tǒng)，受力分析，由牛頓第二定律可得mg－μ(M＋m′)g＝(M＋m′＋m)a，a＝(1+μ)g/[M+(m'+m)]m－μg，欲讓a是m一次函數(shù)，則(1+μ)g/[M+(m'+m)]不變，即在做試驗(yàn)時(shí)，確保m′＋m不變，即從托盤中取出砝碼放到滑塊上．(3)在圖中直線上取兩個(gè)點(diǎn)，可得兩個(gè)方程0.23＝k×0.064－gμ，0.39＝k×0.068－gμ，解得μ＝0.23.答案：(1)位移時(shí)間a＝(2)m＋m′滑塊上(3)0.23(0.21～0.25)14/28速效提升訓(xùn)練1．(·泰安市期中教學(xué)測(cè)驗(yàn))如圖所表示試驗(yàn)裝置能夠驗(yàn)證牛頓運(yùn)動(dòng)定律，小車上固定一個(gè)盒子，盒子內(nèi)盛有沙子，沙桶總質(zhì)量(包含桶以及桶內(nèi)沙子質(zhì)量)記為m，小車總質(zhì)量(包含小車、盒子及盒內(nèi)沙子質(zhì)量)記為M.15/28速效提升訓(xùn)練(1)驗(yàn)證在質(zhì)量不變情況F，加速度與合外力成正比：從盒子中取出一些沙子，裝入沙桶中，稱量并統(tǒng)計(jì)沙桶總重力mg，將該力視為合外力F，對(duì)應(yīng)加速度a則從打下紙帶上計(jì)算得出．屢次改變合外力F大小，每次都會(huì)得到一個(gè)對(duì)應(yīng)加速度．此次試驗(yàn)中，桶內(nèi)沙子取自小車中，故系統(tǒng)總質(zhì)量不變．以合外力F為橫軸，以加速度a為縱軸，畫出a－F圖象，圖象是一條過原點(diǎn)直線．①a－F圖線斜率物理意義是________．②你認(rèn)為把沙桶總重力mg當(dāng)做合外力F是否合理？答：________．(填“合理”或“不合理”)③此次試驗(yàn)中，是否應(yīng)該滿足M≥m這么條件？答：________(填“是”或“否”)；理由是________________________________________________________________________________.(2)驗(yàn)證在合外力不變情況下，加速度與質(zhì)量成反比：保持桶內(nèi)沙子質(zhì)量m不變，在盒子內(nèi)添加或去掉一些沙子，驗(yàn)證加速度與質(zhì)量關(guān)系．此次試驗(yàn)中，桶內(nèi)沙子總質(zhì)量不變，故系統(tǒng)所受合外力不變．用圖象法處理數(shù)據(jù)時(shí)，以加速度a為縱軸，應(yīng)該以________倒數(shù)為橫軸．16/28速效提升訓(xùn)練解析：(1)將車內(nèi)沙子轉(zhuǎn)移到桶中，就確保了M＋m不變，即系統(tǒng)總質(zhì)量不變，研究對(duì)象是整個(gè)系統(tǒng)，a＝F合/(M+m)＝mg/(M+m)，可見a-F圖線斜率物理意義是1/(M+m），系統(tǒng)所受合外力就等于所懸掛沙桶總重力mg，無須滿足M?m這么條件．(2)向盒子內(nèi)添加或去掉部分沙子，是改變系統(tǒng)總質(zhì)量M＋m，而系統(tǒng)合外力仍等于所懸掛沙桶總重力mg，確保了合外力不變．答案：(1)①

②合理③否因?yàn)樵囼?yàn)研究對(duì)象是整個(gè)系統(tǒng)，系統(tǒng)受到合外力就等于mg(2)M＋m17/28速效提升訓(xùn)練2．(·昆明市元月教學(xué)抽樣檢驗(yàn))圖(a)為測(cè)量物塊與水平桌面之間動(dòng)摩擦因數(shù)試驗(yàn)裝置示意圖．試驗(yàn)步驟以下：(a)①用天平測(cè)量物塊和遮光片總質(zhì)量M、重物質(zhì)量m；用游標(biāo)卡尺測(cè)量遮光片寬度d；用米尺測(cè)量?jī)晒怆婇T之間距離s；②調(diào)整輕滑輪，使細(xì)線水平；③讓物塊從光電門A左側(cè)由靜止釋放，用數(shù)字毫秒計(jì)分別測(cè)出遮光片經(jīng)過光電門A和光電門B所用時(shí)間ΔtA和ΔtB，求出加速度a；④屢次重復(fù)步驟③，求a平均值；⑤依據(jù)上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)求出動(dòng)摩擦因數(shù)μ.18/28速效提升訓(xùn)練回答以下問題：(1)測(cè)量d時(shí)，某次游標(biāo)卡尺(主尺最小分度為1mm)示數(shù)如圖(b)所表示，其讀數(shù)為________cm.(b)(2)物塊加速度a可用d、s、ΔtA和ΔtB表示為a＝________.(3)動(dòng)摩擦因數(shù)μ可用M、m、a和重力加速度g表示為μ＝______________________．(4)假如細(xì)線沒有調(diào)整到水平，由此引發(fā)誤差屬于______________(填“偶然誤差”或“系統(tǒng)誤差”)．19/28解析：(1)游標(biāo)卡尺讀數(shù)為9mm＋12×0.05mm＝9.60mm＝0.960cm.(3)設(shè)細(xì)線張力為T，對(duì)M有T－μMg＝M對(duì)m有mg－T＝m聯(lián)立兩式得μ＝(4)細(xì)線沒有調(diào)整到水平，造成張力T不水平，若此時(shí)以T水平來分析計(jì)算，會(huì)造成測(cè)量值總是偏大或偏小，這種因?yàn)樵囼?yàn)操作造成誤差，屬于系統(tǒng)誤差．答案：(1)0.960(2)(3)(4)系統(tǒng)誤差20/28速效提升訓(xùn)練21/28速效提升訓(xùn)練22/28速效提升訓(xùn)練23/28速效提升訓(xùn)練4．某同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖所表示裝置來探究加速度與力關(guān)系，彈簧秤固定在一個(gè)適當(dāng)木板上，桌面右邊緣固定一支表面光滑向筆定滑輪，細(xì)繩兩端分別與彈簧秤掛鉤和礦泉水瓶連接，在桌面上畫出兩條平行線MN、PQ，并測(cè)出間距d，開始時(shí)將木板置于MN處，現(xiàn)遲緩向瓶中加水，直到木板剛才開始運(yùn)動(dòng)為止，記下彈簧示數(shù)F0，以此表示滑動(dòng)摩擦力大小.再將木板放回原處并按住，繼續(xù)向瓶中加水后，記下彈簧秤示靈敏F1，然后釋放木板，并用秒表記下木板運(yùn)動(dòng)到PQ處時(shí)間t.24/28速效提升訓(xùn)練(1)木板加速度能夠用d、t表示為a＝________；為了減小測(cè)量加速度偶然誤差，能夠采取方法是(一個(gè)即可）

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(2)改變瓶中水質(zhì)量重復(fù)試驗(yàn)，確定加速度a與彈簧秤示數(shù)F1關(guān)系．以下圖象能表示該同學(xué)試驗(yàn)結(jié)果是________．(3)(多項(xiàng)選擇)用加水方法改變拉力大小與掛鉤碼方法相比，它優(yōu)點(diǎn)是________．a(chǎn)．能夠改變滑動(dòng)摩擦力大小b．能夠更方便地獲取多組試驗(yàn)數(shù)據(jù)c.能夠比較準(zhǔn)確地測(cè)出摩擦力大小d．能夠取得更大加速度以提升試驗(yàn)精度25/28速效提升訓(xùn)練解析：(1)木板做初速度為零勻加速直線運(yùn)動(dòng)，其位移d＝1/2at2，加速度a＝2d/t2，為了減小偶然誤差，可屢次測(cè)量時(shí)間t，取t平均值．(2)F1<F0時(shí)，木塊不動(dòng)，加速度為零，a、b項(xiàng)錯(cuò)誤．F1>F0時(shí)，木板開始運(yùn)動(dòng)，但F1并非繩子拉力而是瓶和水總重力，只有當(dāng)瓶和水質(zhì)量遠(yuǎn)小于木板和彈簧秤質(zhì)量時(shí)，F(xiàn)1才能夠近似等于繩子拉力，此時(shí)a-F1圖線為一段傾斜直線，瓶和水質(zhì)量不遠(yuǎn)小于木板和彈簧秤