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1、实验四 验证牛顿运动定律,实验基础,命题研析,实验基础 落实基础提炼精髓,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.,误差分析,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.,命题研析 突破常规注重创新,命题点一 常规实验,【典例1】在“验证牛顿运动定律”实验中,采用如
2、图(甲)所示的装置图进行实验.,(1)对小车进行“平衡摩擦力”操作时,下列必须进行的是 (填字母序号). A.取下沙和沙桶 B.在空沙桶的牵引下,轻推一下小车,小车能做匀速直线运动 C.小车拖着穿过打点计时器的纸带做匀速运动时,打点计时器的电源应断开 D.把长木板没有定滑轮的一端垫起适当高度,答案:(1)AD,解析:(1)平衡摩擦力时使小车所受重力沿木板方向分力与小车所受摩擦力平衡,故A,D项正确,B项错误;为确定小车是否为匀速运动,需要通过纸带上点迹是否均匀来判断,故C项错误.,(2)实验中,已经测出小车的质量为M,沙和沙桶的总质量为m,若要将沙和沙桶的总重力大小作为小车所受拉力F的大小,这
3、样做的前提条件是 .,答案:(2)mM,答案:(3)BD,解析:(3)本实验是“探究加速度和力、质量的关系”,所以不能把牛顿第二定律当成已知的公式来使用,故A错误;使用打点计时器时,应该先接通电源,后释放小车,故B正确;平衡摩擦力后有=tan ,小车质量改变时,总满足 mgsin =mgcos ,与小车质量无关,所以不用再次平衡摩擦力,故C错误;本实验采用控制变量法,故D正确.,(4)如图(乙)为某次实验打出的一条纸带,纸带上每四个计时点记为一个计数点,按时间顺序,取0,1,2,3,4,5,6七个计数点,用刻度尺量出1,2,3,4,5,6点到0点的距离(单位:cm),分别标注在相应的计数点的下
4、方,则小车的加速度a= . m/s2(结果保留三位有效数字).,答案:(4)1.18,(5)在满足实验条件下,某同学得到了如图(丙)的图线(M为小车和砝码的总质量),图线在纵轴上截距不为零的原因是 .,答案:(5)长木板倾角过大,解析:(5)纵截距不为零,即小车质量M非常大时,小车仍有加速度,说明小车不受拉力作用时也具有加速度,因此可以断定平衡摩擦力时长木板倾角过大.,方法技巧,实验中的注意点 (1)改变小车质量时,不需要重新平衡摩擦力. (2)平衡小车摩擦力后,细绳的拉力即为小车的合外力.,题组训练,1.为了“探究加速度与力、质量的关系”,现提供如图(甲)所示的实验装置:,(1)以下实验操作
5、正确的是 . A.将木板不带滑轮的一端适当垫高,使小车在砝码及砝码盘的牵引下恰好做匀速运动 B.调节滑轮的高度,使细线与木板平行 C.先接通电源,后释放小车 D.实验中小车的加速度越大越好,解析:(1)将不带滑轮的木板一端适当垫高,在不挂砝码及砝码盘的情况下使小车恰好做匀速运动,以使小车的重力沿斜面的分力和摩擦力抵消,那么小车的合力就是细线的拉力,故选项A错误;细线的拉力为小车的合力,所以应调节定滑轮的高度使细线与木板平行,故选项B正确;实验时,应使小车靠近打点计时器由静止释放,先接通电源,后释放小车,故选项C正确;实验时,为了减小实验的误差,小车的加速度应适当大一些,但不是越大越好,故选项D
6、错误.,答案:(1)BC,(2)在实验中得到一条如图(乙)所示的纸带,已知相邻计数点间的时间间隔为T=0.1 s,且间距x1,x2,x3,x4,x5,x6已量出分别为3.09 cm,3.43 cm,3.77 cm, 4.10 cm,4.44 cm,4.77 cm,则小车的加速度a= m/s2.(结果保留两位有效数字),答案:(2)0.34,(3)有一组同学保持小车及车中的砝码质量一定,探究加速度a与所受外力F的关系,他们在轨道水平及倾斜两种情况下分别做了实验,得到了两条a-F图线,如图(丙)所示.图线 (选填“”或“”)是在轨道倾斜情况下得到 的;小车及车中砝码的总质量m= kg.,答案:(3
7、) 0.5,2.某实验小组利用如图(甲)所示的装置进行“探究加速度与合外力的关系”的实验.,(1)在实验中 以平衡摩擦力,当小车 运动时,摩擦力恰好被平衡.,答案:(1)倾斜木板 匀速直线,解析:(1)把木板不带滑轮的一端适当垫高,使不挂钩码的小车匀速运动.,(2)为了减小误差,在平衡摩擦力后,每次实验必须通过改变钩码的个数来改变小车所受合外力,获取多组数据.若小车质量为400 g,实验中每次所用的钩 码总质量范围应选 组会比较合理.(填选项前的字母) A.1040 g B.200400 g C.1 0002 000 g,解析:(2)由于实验中用钩码的重力代替小车所受拉力,应使钩码质量远小于小
8、车质量,选项A正确.,答案:(2)A,(3)实验中打点计时器所使用的是频率为50 Hz的交流电源,图(乙)中给出的是实验中获取的纸带的一部分:1,2,3,4,5是计数点,每相邻两计数点间还有4个打点未标出,每两个计数点间的时间间隔是 s,由该纸带可求得小车的 加速度a= m/s2(结果保留两位小数).,答案:(3)0.1 1.07,解析:(3)打点周期为0.02 s,因此两计数点间的时间间隔为 0.1 s,由逐差法可得小车加速度a=1.07 m/s2.,(4)改变钩码的个数重复实验,得到加速度a与合外力F的关系如图(丙)所示,分析线段OA,可得出的实验结论是 .,解析:(4)图(丙)中图线OA
9、段加速度随外力F均匀增加,即物体加速度与所受的作用力成正比.,答案:(4)在质量不变的条件下,物体的加速度与所受的作用力成正比,命题点二 创新实验,【典例2】 (2014全国卷,22)某同学利用图(a)所示实验装置及数字化信息系统获得了小车加速度a与钩码的质量m的对应关系图,如图(b)所示,实验中小车(含发射器)的质量为200 g,实验时选择了不可伸长的轻质细绳和轻定 滑轮,小车的加速度由位移传感器及与之相连的计算机得到,回答下列问题:,(1)根据该同学的结果,小车的加速度与钩码的质量成 (填“线性”或“非线性”)关系. (2)由图(b)可知,a-m图线不经过原点,可能的原因是 . (3)若利
10、用本实验装置来验证“在小车质量不变的情况下,小车的加速度与作用力成正比”的结论,并直接以钩码所受重力mg作为小车受到的合外力,则实验中应采取的改进措施是 ,钩码的质量应满足的条件是 .,解析:(1)根据图中描出的各点,作出的图像不是一条直线.(2)图像不过原点,有拉力但没有加速度,原因是摩擦力的影响.(3)完全平衡摩擦力之后,在满足钩码质量远小于小车质量的条件下,可以得出小车质量不变情况下加速度与作用力成正比的结论.,答案:(1)非线性 (2)实验之前没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够 (3)实验之前做好平衡摩擦力工作 远小于小车质量,【创新/改进点分析】 1.实验方案的改进:小车的加速度由位移传
11、感器与计算机自动得出. 2.数据处理的创新:坐标系的横坐标为钩码的质量. 3.设问方式的创新:利用实验点的分布特征确定a-m图线的形状特征.,题组训练,1.在用DIS研究小车加速度与外力的关系时,某实验小组先用如图(甲)所示的实验装置.重物通过滑轮用细线拉小车,位移传感器(发射器)随小车一起沿倾斜轨道运动,位移传感器(接收器)固定在轨道一端.实验时将重物的重力作为拉力F,改变重物重力重复实验四次,列表记录四组数据:,(1)在图(丙)所示的坐标纸上作出小车加速度a随拉力F变化的图线. (2)从所得图线分析该实验小组在操作过程中的不当之处 .,答案:(1)见解析图 (2)轨道倾角过大(或平衡摩擦力
12、过度),解析:(1)根据已知数据,画出小车加速度a和拉力F的关系图线如图所示. (2)由图像可知,当小车拉力为零时,已经产生了加速度,故在操作过程中轨道的倾角过大,平衡摩擦力过度.,(3)如果实验时,在小车和重物之间接一不计质量的微型力传感器来测量拉力F,实验装置如图(乙)所示,从理论上分析,该实验图线的斜率将 .(选填“变大”“变小”或“不变”),答案:(3)变大,2.为了探究加速度与力、质量的关系,甲、乙、丙三位同学分别设计了如图(甲)、(乙)、(丙)所示的实验装置,小车总质量用M表示(乙)图中M包括小车与 传感器,(丙)图中M包括小车和与小车固连的滑轮,钩码总质量用m表示.,解析:(1)
13、三套装置中摩擦力均对实验结果产生影响;(甲)中用钩码重力代替拉力,需满足mM,而(乙)、(丙)拉力可直接读出,选项B,C正确.,答案:(1)BC,(1)为便于测量合外力的大小,并得到小车总质量一定时,小车的加速度与所受合外力成正比的结论,下列说法正确的是 . A.三组实验中只有(甲)需要平衡摩擦力 B.三组实验都需要平衡摩擦力 C.三组实验中只有(甲)需要满足所挂钩码的总质量m远小于小车的总质量M D.三组实验都需要满足所挂钩码的总质量m远小于小车的总质量M,(2)图(丁)是用图(甲)装置中打点计时器所打的纸带的一部分,O,A,B,C,D和E为纸带上六个计数点,加速度大小用a表示.则OD间的距离为 cm.图(戊)是根据实验数据绘出的s-t2图线(s为各计数点至同一起点的距离),则加速度大小a= m/s2(保留三位有效数字).,答案:(2)1.20 0.934(0.9320.935均可),(3)若乙、丙两位同学发现某次测量中力传感器和弹簧测力计读数相同,通过计算得到小车加速度均为a,g为当地重力加速度,则乙、丙两位同学实验时所用小车总质量之比为 .,解析:(3)由于图(乙)、(丙)中力传感器示数与弹簧测力计示数相同,则(丙)中小车拉力是(乙)中的2倍,而小车加速度相同,由此可知乙、丙两位同学所用小车质量比为12.,答案:(3)12,点击进入 综合检测,