全程复习构想2018高考物理一轮复习实验四验证牛顿运动定律课件

随堂巩固演练 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： a/(m· s－2) 2.01 2.98 4.02 5.01 F/N 1.00 2.00 3.00 4.00
[解析] (1)游标卡尺主尺读数为 0.9 cm，游标尺为 20 分度，读 数为 12×0.05 mm＝0.060 cm，则游标卡尺的读数为 0.9 cm＋0.060 cm＝0.960 cm. d (2)遮光片通过光电门 A 时的速度为 vA＝Δt ， 通过光电门 B 时 A d 1 d 2 d 2 2 2 的速度为 vB＝Δt ，根据 vB－vA＝2ax 可解得 a＝2xΔt －Δt . B A B (3)设细线的拉力为 FT，以物块为研究对象，水平方向上有 FT －μMg＝M a ，以重物为研究对象，竖直方向上有 mg－FT＝m a ， mg－M＋m a 两式联立解得 μ＝ . Mg (4)由于仪器未调整好造成的误差，属于系统误差．
[解析] (1)使平面轨道的右端垫起，让小车重力沿斜面方向 的分力与它受到的摩擦阻力平衡， 才能认为在实验中小车受的合 外力就是钩码的重力， 所以这样做的目的是平衡小车运动中所受 的摩擦阻力． (2)由逐差法可知 －2 xCE－xAC 21.6－8.79－8.79×10 2 2 a＝ 4T2 ＝ m / s ≈ 1.0 m / s 4×0.12
[解析] (1) 实验中把小桶及其中砂子的重力的大小看成与 小车所受拉力大小相等， 没有考虑摩擦力， 故必须平衡摩擦力． (2) 电磁打点计时器接在 6 V 电压的蓄电池上将无法工作， 必须接在 6 V 以下交流电压的学生电源上．(3)作 a－M 关系图象，得到的 1 是曲线， 很难作出正确的判断， 必须“化曲为直”， 改作 a－M关 系图象．
(1)下列说法正确的是__________ ． B A．一端带有定滑轮的长木板必须保持水平 B．实验时应先接通电源后释放小车 C．实验中 m2 应远小于 m1 1 D．测力计的读数始终为2m2g
(2)图 2 为某次实验中得到的纸带，纸带上标出了所选的四 个计数点之间的距离，相邻计数点间还有四个点没有画出．由此 0.5 可求得小车的加速度的大小是__________ m/s2.(交流电的频率为 50 Hz，结果保留两位有效数字)
(3)实验时改变所挂钩码的质量，分别测量小车在不同外力 作用下的加速度．根据测得的多组数据画出 a－F 关系图象，如 图 3 所示．此图象的 AB 段明显偏离直线，造成此现象的主要原 C 因可能是__________ ．(选填下列选项的序号) A．小车与平面轨道之间存在摩擦 B．平面轨道倾斜角度过大 C．所挂钩码的总质量过大 D．所用小车的质量过大
2.用如图 1 所示装置做“探究物体的加速度跟力的关系”的 实验．实验时保持小车的质量不变，用钩码所受的重力作为小车 受到的合力， 用打点计时器和小车后端拖动的纸带测出小车运动 的加速度．
(1)实验时先不挂钩码， 反复调整垫块的左右位置， 直到小车 做匀速直线运动，这样做的目的是 平衡小车运动中所受的摩擦阻力 __________________________________________． (2)图 2 为实验中打出的一条纸带的一部分， 从比较清晰的点 迹起，在纸带上标出了连续的 5 个计数点 A、B、C、D、E，相 邻两个计数点之间都有 4 个点迹没有标出，测出各计数点到 A 点之间的距离，如图所示．已知打点计时器接在频率为 50 Hz 的 交流电源两端，则此次实验中小车运动的加速度的测量值 a＝ 1.0 __________ m/s2.(结果保留两位有效数字)
回答下列问题： (1)测量 d 时，某次游标卡尺(主尺的最小分度为 1 mm)的示 0.960 cm. 数如图(b)所示，其读数为__________
1 d 2 d 2 － (2)物块的加速度 a 可用 d、 s、 ΔtA 和 ΔtB 表示为 a＝ __________. 2xΔtB ΔtA (3)动摩擦因数 μ 可用 M、m、 a 和重力加速度 g 表示为 μ＝ mg－M＋m a __________. Mg (4) 如 果 细 线 没 有 调 整 到 水 平 ， 由 此 引 起 的 误 差 属 于 系统误差 填“偶然误差”或“系统误差”)． __________(
(3)在实验中认为细绳的张力 F 就是钩码的重力 mg 实际上，细绳张力 F′＝Ma，mg－F′＝ma M 即 F′＝ · mg M＋ m 1 1 a＝ · mg＝ F M＋m M＋m 1 所以当细绳的张力 F 变大时，m 必定变大， 必定减 M＋m 小．当 M≫m 时，a－F 图象为直线，当不满足 M≫m 时，便有 a－F 图象的斜率逐渐变小，选项 C 正确．
实验原理与操作
数据处理与分析[数据处理] 1．计算加速度(逐差法)
1 2．作图象找关系a－F图象起误差．以小车、小盘和砝码整体为 研究对象得 mg＝(M＋m)a；以小车为研究对象得 F＝Ma；求得 1 M F＝ · mg＝ m · mg<mg. M＋m 1＋M 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．
[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．不重复平衡摩擦力 3．实验条件 每条纸带都必须在满足小车的质量远大于小盘和砝码的总 质量的条件下打出．只有如此，小盘和砝码的总重力才可视为小 车受到的拉力．
4．一先一后一按住 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． 5．作图 作图时，两坐标轴的比例要适当，要使尽可能多的点落在所 作直线上，不在直线上的点应尽可能对称地分布在所作直线两 侧．
1.用如图所示的装置探究在作用力 F 一定时， 小车的加速度 a 与小车质量 M 的关系，某位同学设计的实验步骤如下：
A．用天平称出小车和小桶及内部所装砂子的质量，使小车 的质量远大于小桶及所装砂子的质量； B．按图装好实验器材； C．把轻绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂砂和小桶；
D． 将电磁打点计时器接在 6 V 电压的蓄电池上， 接通电源， 放开小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，并在纸带上标明 小车质量； E．保持小桶及其中砂子的质量不变，增加小车上的砝码个 数，并记录每次增加后的 M 值，重复上述实验； F．分析每条纸带，测量并计算出加速度的值； G．作 a－M 关系图象，并由图象确定 a 与 M 之间的关系．
2．如图 1 所示为“探究加速度与物体所受合外力的关系” 的实验装置图．图中 A 为小车，质量为 m1，连接在小车后面的 纸带穿过打点计时器 B， 它们均置于一端带有定滑轮的足够长的 木板上，P 的质量为 m2，C 为弹簧测力计，实验时改变 P 的质 量， 读出不同情况下测力计的读数 F， 不计绳与滑轮之间的摩擦．
平衡摩擦力 (1)该同学漏掉的重要实验步骤是__________ ， 该步骤应排在 B 步实验之后． __________ D ， 6 V 电压的蓄电池 (2)在上述步骤中， 有错误的是____ 应把________________ 改为6 ________________ ． V 以下交流电压的学生电源 (3) 在 上 述 步 骤 中 ， 处 理 不 恰 当 的 是 __________ ，应把 G 1 __________ a－M ． a－M 改为__________
(3)实验时，某同学由于疏忽，遗漏了平衡摩擦力这一步骤， C 他在实验中得到的 a－F 图象，可能是下图中的__________ ．
解析：(1)该实验中首先应平衡摩擦力，故选项 A 错误；为 增加打点的个数， 实验时应先接通电源后释放小车， 选项 B 正确； 由于实验中 P 和小车不具有共同的加速度， 小车在绳的拉力作用 下做加速运动，此拉力等于测力计的示数，不需要用 P 的重力来 代替，故不要求 m2 远小于 m1，选项 C 错误；由于 P 向下加速运 m2g－m2aP 动，由牛顿第二定律得 m2g－2F＝m2aP，解得 F＝ ， 2 故选项 D 错误． 2 (2)根据 Δx＝aT 可得 Δx 3.39－2.89 －2 a＝ T2 ＝ 0.12 ×10 m/s2＝0.5 m/s2 (3)若没有平衡摩擦力，则当 F≠0 时，a＝0，也就是说当绳 子上有拉力时小车的加速度还为 0，所以可能是选项 C.
热点二 数据处理与误差分析 本实验的偶然误差主要由质量的测量、计数点间距测量引 起，可通过多次测量取平均值减小偶然误差．系统误差主要由两 个因素产生，分析如下： 1．平衡摩擦力不准造成的误差 图线 a－F 不通过原点，分两种情况： (1)当平衡摩擦力不够时，F≠0，a＝0. (2)当平衡摩擦力过度时，F＝0，a≠0. 2．由于不满足 M≫m 引起的误差 1 图线 a－F 和 a－M都向下弯曲(同学们自己分析原因)
热点三 实验拓展与创新 从高考命题看，本实验拓展的角度主要有： 1．用气垫导轨替代木板，不需平衡摩擦． 2．用力的传感器直接测拉力，不需要满足 M≫m 条件． 3．用光电门计时器获取实验数据，计算加速度． 4．用两车运动比较法验证牛顿第二定律． 5．在本实验基础上探究新问题，如测动摩擦因数等．
3 .图 (a) 为测量物块与水平桌面之间动摩擦因数的实验装 置．实验步骤如下：
(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 __________( 选填“变大”“变小”或“不 变大 变”)．