版物理一轮精品复习学案实验4 验证牛顿运动定律必修1文档格式.docx
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反之,小盘和砝码的总质量越小于小车的质量,由此引起的误差就越小.因此,满足小盘和砝码的总质量远小于小车的质量的目的就是为了减小因实验原理不完善而引起的误差.
(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.
【例1】在利用打点计时器和小车来做“验证牛顿运动定律”的实验时,下列说法中不正确的是( )
A.平衡摩擦力时,应将砝码盘及盘内砝码通过定滑轮拴在小车上
B.连接砝码盘和小车的细绳应跟长木板保持平行
C.平衡摩擦力后,长木板的位置不能移动
D.小车释放前应靠近打点计时器,且应先接通电源再释放小车
【答案】A
【详解】本题考查实验过程中应注意的事项,选项A中平衡摩擦力时,不能将砝码盘及盘内砝码(或小桶)通过细绳拴在小车上,A错;
选项B、C、D符合正确的操作方法,B、C、D对,A错.
二、注意事项
1.一定要做好平衡摩擦力的工作,也就是调出一个合适的斜面,使小车的重力沿着斜面方向的分力正好平衡小车受的摩擦阻力.在平衡摩擦力时,不要把悬挂小盘的细线系在小车上,即不要给小车加任何牵引力,并要让小车拖着纸带运动.
2.整个实验平衡了摩擦力后,不管以后是改变小盘和砝码的总质量还是改变小车和砝码的总质量,都不需要重新平衡摩擦力.
3.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.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,且应在小车到达滑轮前按住小车.
5.作图象时,要使尽可能多的点在所作直线上,不在直线上的点应尽可能对称分布在所作直线两侧.
6.作图时两轴标度比例要适当.各量须采用国际单位.这样作图线时,坐标点间距不至于过密,误差会小些.
7.为提高测量精度
(1)应舍掉纸带上开头比较密集的点,在后边便于测量的地方找一个起点.
(2)可以把每打五次点的时间作为时间单位,即从开始点起,每五个点标出一个计数点,则相邻计数点间的时间间隔为T=0.1s.
【例2】在探究加速度与物体所受合外力和质量间的关系时,采用如图所示的实验装置,小车及车中的砝码质量用M表示,盘及盘中的砝码质量用m表示,小车的加速度可由小车后拖动的纸带由打点计数器打上的点计算出:
(1)当M与m的大小关系满足 时,才可以认为绳子对小车的拉力大小等于盘和砝码的重力。
(2)一组同学在先保持盘及盘中的砝码质量一定,探究做加速度与质量的关系,以下做法错误的是:
()
A.平衡摩擦力时,应将盘及盘中的砝码用细绳通过定滑轮系在小车上
B.每次改变小车的质量时,不需要重新平衡摩擦力
C.实验时,先放开小车,再接通打点计时器电源
D.小车运动的加速度可用天平测出m以及小车质量M,直接用公式a=mg/M求出。
(3)在保持小车及车中的砝码质量质量M一定,探究加速度与所受合外力的关系时,由于平衡摩擦力时操作不当,二位同学得到的a―F关系
分别如下图C、D所示(a是小车的加速度.F是细线作用于小车的拉力)。
其原因分别是:
C图:
,
D图:
。
答案:
⑴m<
<
M⑵ACD
⑶C图平衡摩擦力时,长木板的倾角过大了,D图没有平衡摩擦力或木板的倾角过小v
【感悟高考真题】
1.(2011·
上海高考物理·
T26)如图,为测量作匀加速直线运动小车的加速度,将宽度均为b的挡光片A、B固定在小车上,测得二者间距为d。
(1)当小车匀加速经过光电门时,测得两挡光片先后经过的时间
和
,则小车加速度
.
(2)(多选题)为减小实验误差,可采取的方法是()
(A)增大两挡光片宽度
(B)减小两挡光片宽度
(C)增大两挡光片间距
(D)减小两挡光片间距
【答案】
(1)
(2)B,C
【详解】
、
,根据运动公式,
,解得
。
挡光片越窄,平均速度就越接近瞬时速度,误差就越小.滑块运行的距离d越长,误差就越小.
2.(2010·
江苏卷)11.(10分)为了探究受到空气阻力时,物体运动速度随时间的变化规律,某同学采用了“加速度与物体质量、物体受力关系”的实验装置(如图所示)。
实验时,平衡小车与木板之间的摩擦力后,在小车上安装一薄板,以增大空气对小车运动的阻力。
(1)往砝码盘中加入一小砝码,在释放小车▲(选填“之前”或“之后”)接通打点计时器的电源,在纸带上打出一系列的点。
(2)从纸带上选取若干计数点进行测量,得出各计数点的时间t与速度v的数据如下表:
请根据实验数据作出小车的v-t图像。
(3)通过对实验结果的分析,该同学认为:
随着运动速度的增加,小车所受的空气阻力将变大,你是否同意他的观点?
请根据v-t图象简要阐述理由。
(1)之前
(2)(见右图)
(3)同意在v-t图象中,速度越大时,加速度越小,小车受到的合力越小,则小车受空气阻力越大。
3.(2010·
福建卷)19.
(2)(6分)某实验小组研究橡皮筋伸长与所受拉力的关系。
实验时,将原长约200mm的橡皮筋上端固定,在竖直悬挂的橡皮筋下端逐一增挂钩码(质量均为20g),每增挂一只钩码均记下对应的橡皮筋伸长量;
当挂上10只钩码后,再逐一把钩码取下,每取下一只钩码,也记下对应的橡皮筋伸长量。
根据测量数据,作出增挂钩码和减挂钩码时的橡皮筋伸长量
l与拉力F关系的图像如图所示。
从图像中可以得出_______。
(填选项前的字母)
A.增挂钩码时
l与F成正比,而减挂钩码时
l与F不成正比
B.当所挂钩码数相同时,增挂钩码时橡皮筋的伸长量比减挂钩码时的大
C.当所挂钩码数相同时,增挂钩码时橡皮筋的伸长量与减挂钩码时的相等
D.增挂钩码时所挂钩码数过多,导致橡皮筋超出弹性限度
D
解析:
(2)本题属于中等题,解题的关键在于弄清问什么两条图像会错开。
实验中由于增挂钩码时所挂钩码数过多,导致橡皮筋超出弹性限度,弹簧无法及时恢复原长,两条图像才会出现差异。
4.(09·
上海物理·
17)(6分)如图为“用DIS(位移传感器、数据采集器、计算机)研究加速度和力的关系”的实验装置。
(1)在该实验中必须采用控制变量法,应保持___________不变,用钩码所受的重力作为___________,用DIS测小车的加速度。
(2)改变所挂钩码的数量,多次重复测量。
在某次实验中根据测得的多组数据可画出a-F关系图线(如图所示)。
①分析此图线的OA段可得出的实验结论是_________________________________。
②(单选题)此图线的AB段明显偏离直线,造成此误差的主要原因是
A.小车与轨道之间存在摩擦B.导轨保持了水平状态
C.所挂钩码的总质量太大D.所用小车的质量太大
(1)小车的总质量,小车所受外力,
(2)①在质量不变的条件下,加速度与外力成正比,②C,
(1)因为要探索“加速度和力的关系”所以应保持小车的总质量不变,钩码所受的重力作为小车所受外力;
(2)由于OA段a-F关系为一倾斜的直线,所以在质量不变的条件下,加速度与外力成正比;
由实验原理:
得
,而实际上
,可见AB段明显偏离直线是由于没有满足M>
>
m造成的。
5.(09·
江苏物理·
11)(10分)“探究加速度与物体质量、物体受力的关系”的实验装置如图甲所示。
(1)在平衡小车与桌面之间摩擦力的过程中,打出了一条纸袋如图乙所示。
计时器打点的时间间隔为0.02s.从比较清晰的点起,每5个点取一个计数点,量出相邻计数点之间的距离。
该小车的加速度a=______m/s2.(结果保留两位有效数字)
(2)平衡摩擦力后,将5个相同的砝码都放在小车上.挂上砝码盘,然后每次从小车上取一个砝码添加到砝码盘中,测量小车的加速度。
小车的加速度a与砝码盘中砝码总重力F的实验数据如下表:
砝码盘中砝码总重力F(N)
0.196
0.392
0.588
0.784
0.980
加速度a(m·
s-2)
0.69
1.18
1.66
2.18
2.70
请根据实验数据作出a-F的关系图像.
(3)根据提供的试验数据作出的
-F图线不通过原点,请说明主要原因。
(1)0.16(0.15也算对);
(2)(见图);
(3)未计入砝码盘的重力。
(1)处理匀变速直线运动中所打出的纸带,求解加速度用公式
,关键弄清公式中各个量的物理意义,
为连续相等时间内的位移差,t为连需相等的时间间隔,如果每5个点取一个点,则连续两点的时间间隔为t=0.1s,
(3.68-3.52)
m,带入可得加速度
=0.16m/s2。
也可以使用最后一段和第二段的位移差求解,得加速度
=0.15m/s2.
(2)根据图中的数据,合理的设计横纵坐标的刻度值,使图线倾斜程度太小也不能太大,以与水平方向夹角45°
左右为宜。
由此确定F的范围从0设置到1N较合适,而a则从0到3m/s2较合适。
设好刻度,根据数据确定个点的位置,将个点用一条直线连起来,延长交与坐标轴某一点。
如图所示。
(3)处理图象问题要注意图线的斜率、交点、拐点、面积等意义,能正确理解这些量的意义则很多问题将会迎刃而解。
与纵坐标相交而不过原点,该交点说明当不挂砝码时,小车仍由加速度,即绳对小车仍有拉力,从此拉力的来源考虑很容易得到答案,是因为砝码盘的重力,而在
(2)问的图表中只给出了砝码的总重力,而没有考虑砝码盘的重力。
【考点模拟演练】
台州模拟)如图所示,在探究牛顿运动定律的演示实验中,若1、2两个相同的小车所受拉力分别为F1、F2,车中所放砝码的质量分别为m1、m2,打开夹子后经过相同的时间两车的位移分别为x1、x2,则在实验误差允许的范围内,有()
A.当m1=m2、F1=2F2时,x1=2x2
B.当m1=m2、F1=2F2时,x2=2x1
C.当m1=2m2、F1=F2时,x1=2x2
D.当m1=2m2、F1=F2时,x2=2x1
【答案】选A、D.
【详解】当m1=m2、F1=2F2时,由F=ma可知,a1=2a2,再由x=
at2可得:
x1=2x2,故A正确,B错误;
当m1=2m2、F1=F2时,a1=
a2,再由x=
x1=
x2,故C错误,D正确.
2.(2011·
南通质检)“验证牛顿运动定律”的实验,主要的步骤有:
A.将一端附有定滑轮的长木板放在水平桌面上,取两个质量相等的小车,放在光滑的水平长木板上
B.打开夹子,让两个小车同时从静止开始运动,小车运动一段距离后,夹上夹子,让它们同时停下来,用刻度尺分别测出两个小车在这一段时间内通过的位移大小
C.分析所得到的两个小车在相同时间内通过的位移大小与小车所受的水平拉力的大小关系,从而得到质量相等的物体运动的加速度与物体所受作用力大小的关系
D.在小车的后端也分别系上细绳,用一只夹子夹住这两根细绳
E.在小车的前端分别系上细绳,绳的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘,盘内分别放着数目不等的砝码,使砝码盘和盘内砝码的总质量远小于小车的质量.分别用天平测出两个砝码盘和盘内砝码的总质量
上述实验步骤,正确的排列顺序是________.
【答案】AEDBC
【详解】此题考查的是实验步骤,对于实验的一些常识,必须牢记于心,结合本实验的实验步骤,不难排列出正确的顺序.
3.用如下图所示的装置来探究物体的加速度与力、质量的关系.实验时,小盘和砝码牵引小车,使小车做初速度为零的匀加速运动.
(1)此实验中可以不测量加速度的具体值,原因是______________________.
(2)通过改变________,就可以改变小车所受的合力.
(3)在探究加速度与质量关系时,分别以________为纵坐标、________为横坐标作图象,这样就能直观地看出二者关系.
(1)探究的是加速度与其他量之间的比例关系(其他解答只要合理就给分.如:
初速度为零的匀加速运动,在相同的时间内,位移与加速度成正比)
(2)砝码的数量 (3)a
(或a)
4.在探究物体的加速度a与物体所受外力F、物体质量M间的关系时,采用如图所示的实验装置.小车及车中的砝码质量用M表示,盘及盘中的砝码质量用m表示.
(1)当M与m的大小关系满足________时,才可以认为绳子对小车的拉力大小等于盘和砝码的重力.
(2)某一组同学先保持盘及盘中的砝码质量m一定来做实验,其具体操作步骤如下,以下做法正确的是________.
A.平衡摩擦力时,应将盘及盘中的砝码用细绳通过定滑轮系在小车上
B.每次改变小车的质量时,不需要重新平衡摩擦力
C.实验时,先放开小车,再接通打点计时器的电源
D.用天平测出m以及小车质量M,小车运动的加速度可直接用公式a=
求出
(3)
另两组同学保持小车及车中的砝码质量M一定,探究加速度a与所受外力F的关系,由于他们操作不当,这两组同学得到的a-F关系图象分别如图1和图2所示,其原因分别是:
图1:
____________________________________________________________________;
图2:
_____________________________________________________________________
【答案】
(1)m≪M
(2)B (3)m过大(或M过小),造成m不是远小于M 没有平衡摩擦力或木板的倾角过小
【详解】
(1)实验中的实际加速度为a=
,实验时把mg当成对M的拉力,即忽略m对加速度的影响,使加速度约为a=
,显然需m≪M.
(2)平衡摩擦力的实质是,让重力的下滑分力Mgsinθ=μMgcosθ……①,只需将纸带挂上,不需施加其他外力,A错;
由①式可知B对;
每次实验时应先接通打点计时器的电源,再放开小车,C错;
小车的加速度应由小车后面拖动的纸带上打出的点计算出,D错.
(3)若m≪M则a=
mg,斜率
基本不变,若m过大(或M过小),则m不能忽略,a=
mg,随m的增大斜率
减小;
从图2可以看到,有了一定的拉力而加速度为零,显然摩擦力还没有完全平衡掉.
5.(2011·
成都模拟)某实验小组利用如下图甲所示的实验装置来探究当合外力一定时,物体运动的加速度与其质量之间的关系.
(1)由图中刻度尺读出两个光电门中心之间的距离x=24cm,由下图乙中游标卡尺测得遮光条的宽度d=________cm.该实验小组在做实验时,将滑块从上图甲所示位置由静止释放,由数字计时器可以读出遮光条通过光电门1的时间Δt1,遮光条通过光电门2的时间Δt2,则滑块经过光电门1时的瞬时速度的表达式v1=________,滑块经过光电门2时的瞬时速度的表达式v2=________,则滑块的加速度的表达式a=________.
(以上表达式均用字母表示)
乙
丙
(2)在本次实验中,实验小组通过改变滑块质量总共做了6组实验,得到如表所示的实验数据.通过分析表中数据后,你得出的结论是________.
m(g)
a(m/s2)
250
2.02
300
1.65
350
1.33
400
1.25
500
1.00
800
0.63
(3)现需通过图象进一步验证你的结论,请利用表格数据,在图丙坐标系中描点作出相应图象.
【答案】
(1)0.52
(2)(3)见解析
【详解】
(1)由图可知:
d=5mm+0.1mm×
2=5.2mm=0.52cm.
遮光条的宽度很小,遮光条通过光电门的时间很短,这段时间内的平均速度即为滑块通过光电门的瞬时速度,故v1=
,v2=
.滑块由光电门1到光电门2做匀加速直线运动,由v
-v
=2ax可得:
a=
.
(2)在合外力不变的情况下,物体运动的加速度跟物体的质量成反比,当合外力一定时,在误差允许的范围内,物体质量和加速度的乘积近似相等.
(3)如图所示
6.(2011·
济南模拟)在“验证牛顿运动定律”的实验中,实验装置如图甲所示,有一位同学通过实验测量作出了图乙中的A图线.试分析:
(1)A图线不通过坐标原点的原因是__________________;
(2)A图线上部弯曲的原因是________________________.
(1)没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够
(2)未满足小盘和砝码的总质量远小于小车质量
(1)图线在F轴上有截距,说明没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够.
(2)a-F图线上部弯曲的原因是未满足小盘和砝码的总质量远小于小车质量.
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