高考物理课件 第三章 牛顿运动定律 实验四课件

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图象而不是a－m图象来分析实验结果．
(3)图(a)为甲同学根据测量数据作出的a－F图线，图线没有过 原点，而是与F轴交于一点，说明没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不 够．
(4)乙、丙同学用同一装置做实验，画出了各自得到的a－F图 线，两图线的斜率不同，说明两个同学做实验时的小车及车中砝 码的质量不同．
的关系，应作出a－m1 图象 D．当小车的质量远大于小盘和砝码的总质量时，才能近似认
为细线对小车的拉力大小等于小盘和砝码的总重力
解析：(1)本实验采用了控制变量法，即先保证物体质量不
变，研究加速度与合力的关系，再保证物体受力不变，研究加速
度与质量的关系．
(2)探究a与m的关系时，保持F不变，改变m大小；探究a与F的
(2)AC间的距离为3.10 cm. (3)根据Δx＝aT2，运用逐差法得： a＝xCE4－T2xAC ＝10.10－34.1×0－0.031.10×10－2＝0.98 m/s2.
热点二 实验的拓展与创新 1．实验器材的改进 (1)气垫导轨(不用平衡摩擦力)―替―代→长木板(如下图)
(2)利用光电门测速度(如下图)
随堂训练·即时巩固
1．在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，采用如图 所示的装置．
(1)本实验应用的实验方法是____A____． A．控制变量法 B．假设法 C．理想实验法 D．替代法
(2)下列说法中正确的是___C_D____． A．在探究加速度与质量的关系时，应改变拉力的大小 B．在探究加速度与力的关系时，应该改变小车的质量 C．在探究加速度a与质量m的关系时，为了直观判断二者间
●误差分析 1．因实验原理不完善引起的误差：本实验用小盘和砝码的总 重力mg代替小车的拉力，而实际上小车所受的拉力要小于小盘和 砝码的总重力． 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 热点一 教材原型实验
1 在探究加速度与力、
质量的关系实验中，采用如下图所示的实验装置，小车及车 中砝码的质量用m表示，盘及盘中重物的总质量用m0表示，小车的 加速度可由打点计时器打在纸带上的点计算出．
(1)当m与m0的大小关系满足__m_≫___m_0_时，才可以认为绳对小 车的拉力大小等于盘及盘中重物的总重力．
(2)一组同学在做加速度与质量的关系实验时，保持盘及盘中 重物的质量一定，改变小车及车中砝码的质量，测出相应的加速 度 m的，关采系用，图应象该法作处a理与数__据__m．1__为__了的比图较象容．易地确定出加速度a与质量
(3)如下图(a)为甲同学根据测量数据作出的a－F图线，说明实 验存在的问题是__没__有__平__衡__摩__擦__力__或__平__衡__摩__擦__力__不__够___________．
(4)乙、丙同学用同一装置做实验，画出了各自得到的a－F图 线如图(b)所示，两个同学做实验时的哪一个物理量取值不同？
实验基础·理解落实
●注意事项 1．实验方法：控制变量法． 2．平衡摩擦力：不悬挂小盘，但小车连着纸带． 3．不重复：不重复平衡摩擦力． 4．实验条件：M≫m.小盘和砝码的总重力才可视为小车受到 的拉力． 5．一先一后一按住：先接通电源，后放小车，且在小车到达 滑轮前按住小车． 6．作图：作图时两轴标度比例要适当，各量须采用国际单 位．
3．如图甲所示，某同学将力传感器固定在小车上，然后把绳 的一端固定在传感器拉钩上，用来测量绳对小车的拉力，探究在 小车及传感器总质量不变时加速度跟它们所受拉力的关系，根据 所测数据在坐标系中作出了如图乙所示的a－F图象．
(1)图线不过坐标原点的原因是 _____未__平__衡__摩__擦__力__或__平__衡__摩__擦__力__不__足__________________________ ____________________.
(2)因传感器可直接测出小车和传感器受到的拉力，因此不需
要保证砂和砂桶的质量远小于小车和传感器的总质量．
(3)a－F图象斜率为
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，由图知图象斜率k＝1
kg－1，则小车和
传感器的总质量为1 kg.
4．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：
a/(m·s－2) 2.01 2.98 4.02 5.01
F/N 1.00 2.00 3.00 4.00
(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．
图见解析
(2)从所得图线分析该实验小组在操作过程中的不当之处．
轨道倾角过大(或平衡摩擦力过度) (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__变__大____(选填“变大”“变小”或“不变”)．
；接上力传
感器后，拉力F就是小车受到的真实拉力，此时有a＝
F M
，所以斜
率为k′＝M1 ，因此斜率将变大．
实验二 探究弹力和弹簧伸长的关系
一、实验目的 1．探究弹力和弹簧伸长的定量关系。 2．学会利用列表法、图像法、函数法处理实验数据。 二、实验器材 弹簧、 毫米刻度尺 、铁架台、钩码若干、坐标纸。
(2)图乙是实验中获得的一条纸带的某部分，选取A、B、C、
D、E计数点(每两个计数点间还有4个点未画出)，AC间的距离为
___3_.1ห้องสมุดไป่ตู้0___cm. (3)若打点计时器使用的交流电频率为50 Hz，则小车的加速度
大小为___1_._0___ m/s2.(结果保留两位有效数字)
解析：(1)该实验的错误之处：打点计时器的电源接了直流 电；小车释放时离打点计时器太远；实验前未平衡摩擦阻力．
根据Ff＝μMg得：μ＝230×.6170＝0.1
所以tanθ＝0.1.
【变式训练】 (2018·江西重点一模)如图所示，一端带有定 滑轮的长木板上固定有甲、乙两个光电门，与之相连的计时器可 以显示带有遮光片的小车在其间的运动时间，与跨过定滑轮的轻 质细绳相连的轻质力传感器能显示挂钩处所受的拉力．
mg
解析：(1)由于采用了力传感器，可直接读出轻绳的拉力，不需 要使沙和沙桶的总质量远小于滑块质量，也不需要测量沙和沙桶的
总质量，选项 B、D 错误；由于是测量滑块与长木板之间的动摩擦 因数，所以不需要将长木板右端垫高以平衡摩擦力，选项 A 错误； 打点计时器必须接交流电源才能使用，选项 C 正确．(2)由于滑块上 有动滑轮，滑块所受拉力为 2F.对滑块，由牛顿第二定律，2F－μmg ＝ma，解得：μ＝2Fm－gma.
关系时，保持m不变，改变F大小，故A、B错．a－
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关系图象为
过原点的直线，作出这个图象容易证明a与m成反比，C对．只有
小车的质量远大于小盘与砝码的总质量时，小车受到的合力大小
才约等于小盘与砝码的总重力，D对．
2．某同学利用“验证牛顿第二定律”的实验器材，测量滑块 和长木板之间的动摩擦因数．如图所示，带滑轮的长木板水平放 置，力传感器固定在墙上，轻绳分别跨过固定在滑块上和固定在 长木板末端的滑轮，一端与力传感器连接，另一端竖直悬挂一沙 桶，沙桶距地面足够远．调节两滑轮的位置使轻绳与长木板平 行，不计轻绳与各滑轮之间的摩擦．
【变式训练】 某实验小组利用拉力传感器和打点计时器 “探究加速度与力的关系”．他们将拉力传感器固定在小车上记 录小车静止时受到拉力的大小，下面按照甲图进行实验，t＝0时， 小车处于甲图所示的位置．
(1)该同学按甲图完成实验，请指出至少一处错误： _打__点___计__时__器__的__电__源__接__了__直__流__电__；__小__车__释__放. 时离打点计时器太远； 实验前未平衡摩擦阻力．
解析：(1)小车与木板之间存在摩擦力，这样就不能用绳子的 拉力代替合力，所以做实验首先必须要平衡摩擦力．小车质量m0 一定时，加速度与合外力F成正比，故C正确．
(2)小车从靠近甲光电门处由静止开始做匀加速运动，位移x＝
12at2，所以加速度a＝2t2x，改变小车质量m，测得多组m、t的值，由 于位移不变，所以a与t2成反比，则合外力一定时，加速度与质量 成反比，正确的图线是C，故选C.
(2)本实验中是否仍需要砂和砂桶的总质量远小于小车和传感 器的总质量．___否_____(选填“是”或“否”)．
(3)由图象求出小车和传感器的总质量为_____1___kg.
解析：(1)a－F图象与横轴交点为(0.1,0)，说明施加外力小于 0.1 N时小车和传感器没有加速度，说明实验前没有平衡摩擦力或 者平衡摩擦力不足．
解析：(1)小车加速度a随拉力F变化的图线如图所示．
(2)观察图线可以发现，当外力F＝0时，加速度a≠0，说明在 平衡摩擦力时轨道倾角过大，使得重力沿斜面向下的分力大于摩 擦力．
(3)本实验中，以重物重力mg作为外力F，其实是整体的合
力，即F＝(M＋m)a，a＝
F M＋m
，图象斜率为k＝
1 M＋m
(1)小车与轨道的滑动摩擦力 Ff＝__0_.6_7____N. (2)从图象中分析，小车[包括位移传感器(发射器)]的质量为
___0_._6_7__kg. (3)该实验小组为得到 a 与 F 成正比的关系，应将斜面的倾角 θ
调整到 tanθ＝___0_.1____.
【解析】 (1)根据图象可知，当F＝0.67 N时，小车开始有加
(1)实验时，一定要进行的操作是____C____(填选项前的字母)． A．将长木板右端垫高以平衡摩擦力 B．使沙和沙桶的总质量远小于滑块质量 C．将打点计时器接交流电源 D．用天平测沙和沙桶的总质量 (2)实验时，记录力传感器的示数F，用天平测出滑块质量m， 由纸带上的点求出加速度a.根据这些数据，可以得出滑块和长木板 间的动摩擦因数的表达式μ＝_2_F__－__m_a_.(重力加速度为g)