1、核心考点互动探究 目 录 ONTENTSC章末检测卷 实验四 验证牛顿运动定律 第三章 牛顿运动定律 一、实验目的1学会用控制变量法研究物理规律；2学会灵活运用图象法处理实验数据的方法；3探究加速度与力、质量的关系，并验证牛顿第二定律二、实验原理与要求基本实验要求1实验原理(见实验原理图)(1)保持质量不变，探究加速度跟合外力的关系(2)保持合外力不变，探究加速度与质量的关系(3)作出 aF 图象和 a1m图象，确定其关系2实验器材小车、砝码、小盘、细绳、附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、低压交流电源、导线、纸带、天平、毫米刻度尺3实验步骤(1)测量：用天平测量小盘和砝码的总质量 m和小车
2、的质量 m.(2)安装：按照实验原理图把实验器材安装好，只是不把悬挂小盘的细绳系在小车上(即不给小车牵引力)(3)平衡摩擦力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木块，使小车能匀速下滑(4)操作：小盘通过细绳绕过定滑轮系于小车上，先接通电源后放开小车，取下纸带编号码保持小车的质量 m 不变，改变砝码和小盘的质量 m，重复步骤.在每条纸带上选取一段比较理想的部分，测加速度 a.描点作图，作 aF 的图象保持砝码和小盘的质量 m不变，改变小车质量 m，重复步骤和，作 a1m图象规律方法总结1注意事项(1)平衡摩擦力：适当垫高木板的右端，使小车的重力沿斜面方向的分力正好平衡小车和纸带受到的阻力在平
3、衡摩擦力时，不要把悬挂小盘的细绳系在小车上，但要小车拉着纸带(2)实验时要保证小盘和砝码的总质量 m远小于小车的质量 m.(3)不重复平衡摩擦力(4)一先一后：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，后释放小车2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以及描点作图时都会引起误差3数据处理(1)利用逐差法 xaT2 求 a.(2)以 a 为纵坐标，F 为横坐标，根据各组数据描点，
4、如果这些点在一条过原点的直线上，说明 a 与 F 成正比(3)以 a 为纵坐标，1m为横坐标，描点、连线，如果该线为过原点的直线，就能判定 a 与 m 成反比考点一 实验原理与实验操作1实验原理(1)我们已经知道，物体的加速度 a 同时跟合外力 F 和质量 m 两个因素有关，要研究这三个物理量之间的定量关系的思想方法是_(2)某同学的实验方案如图所示，她想用沙桶的重力表示小车受到的合外力 F，为了减小这种做法带来的实验误差，她先做了两方面的调整措施：a用小木块将长木板无滑轮的一端垫高，目的是_b使沙桶的总质量远小于小车的质量，目的是使拉小车的力近似等于_(3)该同学利用实验中打出的纸带求加速度
5、时，处理方案有两种：A利用公式 a2xt2 计算；B利用逐差法根据 axT2计算两种方案中，你认为选择方案_比较合理解析：(1)要研究三个物理量之间的定量关系的思想方法是控制变量法(2)用小木块将长木板无滑轮的一端垫高，目的是平衡摩擦力实验用沙桶的重力表示小车受到的合外力，为了减小这种做法带来的实验误差，应使沙桶的质量远小于小车的质量，目的是使拉小车的力近似等于沙桶的重力(3)利用实验中打出的纸带求加速度时，需要根据 axT2利用逐差法计算，方案 B 比较合理答案：(1)控制变量法(2)a.平衡摩擦力 B沙桶的总重力(3)B2实验操作 在“探究加速度与力、质量的关系”时采用如图所示的实验装置，
6、小车及车中砝码的总质量为 M，沙桶及沙的总质量为 m.(1)若已平衡摩擦力，在小车做匀加速直线运动过程中，绳的实际张力大小 FT_，当 M 与 m 的大小满足_时，才可认为绳子对小车的拉力大小等于沙和沙桶的重力(2)某同学在保持沙和沙桶总质量 m 一定的条件下，探究小车加速度 a 与质量 M 的关系，其具体操作步骤如下，则做法合理的有_A平衡摩擦力时，沙桶应用细线通过定滑轮系在小车上且小车后面的纸带也必须连好B每次改变小车质量 M 时，都需要重新平衡摩擦力C实验时，先接通计时器的电源，再放开小车D用天平测出 m 及 M，直接用公式 amgM 求出小车运动的加速度解析：(1)由牛顿第二定律知，对
7、小车有 FTMa，对沙和沙桶有 mgFTma，所以 FT MmgMmmg1m/M，可见当 Mm 时，FTmg.(2)平衡摩擦力时，应在不挂沙桶的情况下让小车带着纸带平衡摩擦力，A 错误；每次改变小车质量 M 时，不需要重新平衡摩擦力，B 错误；实验时，先接通计时器的电源，再放开小车，C 正确；小车运动的加速度必须由纸带上的测量数据计算得到，D 错误答案：(1)mg1m/M Mm(2)C规律总结1平衡小车摩擦力后，细绳的拉力即为小车的合外力2只有满足沙桶及桶内沙的总质量远小于小车和小车上砝码的总质量时，细绳的拉力才近似等于沙桶及桶内沙的总重力3可以在绳子上加上力传感器，这样就可以直接测出绳子的拉
8、力，即小车的合外力考点二 数据处理及误差分析3实验数据处理(2019宁夏石嘴山高三月考)在“探究加速度与质量的关系”的实验中：(1)备有器材：A.长木板；B.电磁打点计时器、低压交流电源、纸带；C.细绳、小车、砝码；D.装有细沙的小桶；E.薄木板；F.毫米刻度尺还缺少的一件器材是_(2)实验得到如图(a)所示的一条纸带，相邻两计数点的时间间隔为 T；B、C 间距 x2和 D、E 间距 x4 已量出，利用这两段间距计算小车加速度的表达式为_(3)同学甲根据实验数据画出如图(b)所示 a-1m图线，从图线可得沙和沙桶的总质量为_ kg.(g 取 10 m/s2)(4)同学乙根据实验数据画出了图(c
9、)，从图线可知乙同学操作过程中可能_解析：(1)本题要测量小车的质量，则需要天平，所以还缺少的一件器材是天平(2)根据逐差法得 x4x22aT2，解得 ax4x22T2.(3)根据牛顿第二定律可知，aFm，则 F 即为 a-1m图象的斜率，所以砂和砂桶的总重力 mgF2.412 N0.2 N，解得 m0.02 kg.(4)由图(c)可知，图线不通过坐标原点，当 F 为某一值时，加速度为零，可知未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足答案：(1)天平(2)ax4x22T2 (3)0.02(0.0180.022 均正确)(4)未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足4实验误差分析“探究加速度与物体质量、物体受力的关系”的
10、实验装置如图甲所示，已知打点计时器所用电源频率为 50 Hz，试回答下列问题(1)实验中在平衡小车与桌面之间摩擦力的过程中，打出了一条纸带如图乙所示，A、B、C、D、E、F、G 这些点的间距如图中标示，其中每相邻两点间还有 4 个计时点未画出根据测量结果计算：打 C 点时小车的速度大小为_ m/s；小车运动的加速度大小为_ m/s2.(结果保留三位有效数字)(2)平衡好摩擦力后，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，测量小车的加速度根据小车的加速度 a 与砝码盘中砝码总重力 F 的实验数据作出的 a-F 图线如图丙所示，此图线不通过原点的主要原因
11、是_.(3)在某次利用上述已调整好的装置进行实验时，保持砝码盘中砝码个数不变，小车自身的质量保持不变(已知小车的质量远大于砝码盘和盘中砝码的质量)，在小车上加一个砝码，并测出此时小车的加速度 a，调整小车上的砝码，进行多次实验，得到多组数据，以小车上砝码的质量 m 为横坐标，相应加速度的倒数1a为纵坐标，在坐标纸上作出如图丁所示的1am 关系图线，实验结果验证了牛顿第二定律如果图中纵轴上的截距为 b，图线的斜率为 k，则小车受到的拉力大小为_，小车的质量为_解析：(1)纸带上两相邻计数点的时间间隔为 T0.10 s，s19.50 cm、s211.00 cm、s312.55 cm、s414.00
12、 cm、s515.50 cm、s617.05 cm，在匀变速直线运动中，物体在某段时间内中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度，可知打 C 点时小车的速度大小为 vCs2s32T，代入数值得 vC1.18 m/s，小车的加速度大小为 as4s5s6s1s2s39T21.50 m/s2.(2)平衡摩擦力后，F0 时就产生了加速度，主要原因是未计入砝码盘的重力(3)设小车的质量为 M，由牛顿第二定律可得 F(mM)a，即1a1FmMF，由图象可知1Fk，MFb，所以 F1k，Mbk.答案：(1)1.18 1.50(2)未计入砝码盘的重力(3)1k bk规律总结1图象法处理实验数据一直是高考考查
13、的热点，一般会要求根据数据画出图象、根据图象分析误差原因或根据图象斜率和截距等得出相关物理量2在实验中如果发现一个量 x 与另一个量 y 成反比，那么，x 就应与1y成正比，利用此方法可以将反比例函数的曲线转化为正比例函数的直线进行处理考点三 实验创新设计高考实验题一般源于教材而不拘泥于教材，是在教材实验的基础上创设新情境，通过改变实验条件、实验仪器设置题目，不脱离教材而又不拘泥教材，体现开放性、探究性、设计性等特点创新角度实验装置图创新解读(2014高考新课标全国卷)利用位移传感器与计算机相连，直接得出小车的加速度实验器材的创新(2013高考新课标全国卷)用光电门代替打点计时器，结合遮光条的
14、宽度可测滑块的速度，并用所求速度、光电门间的距离及遮光片通过光电门的时间求加速度.创新角度实验装置图创新解读实验过程的创新(2016高考全国卷)1.实验方案的改进：系统总质量不变化，改变拉力得到若干组数据2用传感器记录小车的时间 t 与位移 s，直接绘制 s-t 图象3利用牛顿第二定律求解实验中的某些物理量，确定某些规律创新角度实验装置图创新解读实验目的的创新(2015高考全国卷)1.以验证牛顿第二定律为背景测物块与斜面(木板)的动摩擦因数2物块受重力、支持力和摩擦力作用沿斜面匀加速下滑，合外力提供加速度.5.(2015高考全国卷)某同学用图甲所示的实验装置测量物块与斜面之间的动摩擦因数已知打
15、点计时器所用电源的频率为 50 Hz，物块下滑过程中所得到的纸带的一部分如图乙所示，图中标出了五个连续点之间的距离(1)物块下滑时的加速度 a_ m/s2，打 C 点时物块的速度 v_ m/s；(2)已知重力加速度大小为 g，为求出动摩擦因数，还必须测量的物理量是_(填正确答案标号)A物块的质量B斜面的高度 C斜面的倾角解析：(1)用逐差法求纸带加速度，ax3x4x1x24T23.25 m/s2C 点速度等于 BD 段平均速度，vxBD2T1.79 m/s(2)由牛顿第二定律得 mgsin mgcos ma，gsin agcos ，故 C 正确答案：(1)3.25 1.79(2)C6(2014
16、高考新课标全国卷)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_(选填“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
17、质量应满足的条件是_解析：(1)根据题图(b)坐标系中给出的数据，连线，可知小车的加速度与钩码的质量成非线性关系(2)根据题图(b)中数据，开始时小车受到钩码的拉力的作用，但没有加速度，故未平衡摩擦力或倾角过小，没有完全平衡摩擦力(3)在实验中要求“直接以钩码所受重力 mg 作为小车受到的合外力”需要满足两个条件：平衡摩擦力；钩码的质量远小于小车(含发射器)的质量答案：(1)非线性(2)存在摩擦力(3)调节轨道的倾斜度以平衡摩擦力 远小于小车的质量7.(2016高考全国卷)某物理课外小组利用图(a)中的装置探究物体加速度与其所受合外力之间的关系图中，置于实验台上的长木板水平放置，其右端固定一轻
18、滑轮；轻绳跨过滑轮，一端与放在木板上的小滑车相连，另一端可悬挂钩码本实验中可用的钩码共有 N5 个，每个质量均为 0.010 kg.实验步骤如下：(1)将 5 个钩码全部放入小车中，在长木板左下方垫上适当厚度的小物块，使小车(和钩码)可以在木板上匀速下滑(2)将 n(依次取 n1,2,3,4,5)个钩码挂在轻绳右端，其余 Nn 个钩码仍留在小车内；用手按住小车并使轻绳与木板平行释放小车，同时用传感器记录小车在时刻 t 相对于其起始位置的位移 s，绘制 s-t 图象，经数据处理后可得到相应的加速度 a.(3)对应于不同的 n 的 a 值见下表n2 时的 s-t 图象如图(b)所示；由图(b)求出
19、此时小车的加速度(保留两位有效数字)，将结果填入下表.n12345a/(ms2)0.200.580.781.00(4)利用表中的数据在图(c)中补齐数据点，并作出 a-n 图象从图象可以看出：当物体质量一定时，物体的加速度与其所受的合外力成正比(5)利用 a-n 图象求得小车(空载)的质量为_kg(保留两位有效数字，重力加速度取 g9.8 ms2)(6)若以“保持木板水平”来代替步骤(1)，下列说法正确的是_(填入正确选项前的标号)Aa-n 图线不再是直线Ba-n 图线仍是直线，但该直线不过原点Ca-n 图线仍是直线，但该直线的斜率变大解析：(3)根据题图(b)可知，当 t2.00 s 时，位移 s0.78 m，由 s12at2，得加速度a2st20.39 m/s2.(5)由牛顿第二定律得 nm0g(m5m0)a，解得 am0gm5m0n，其中 m00.01 kg，根据 an 图象可得 m0.44 kg.(6)若保持木板水平，则小车运动中受到摩擦力的作用，则满足 FFfma 的形式，即nm0g(5n)m0gmg(5m0m)a，得 anm0gm0g5m0m5m0gmg5m0m显然 an 图线仍是直线，但不过原点，且斜率由原来的m0g5m0m变为m0gm0g5m0m，即斜率变大，故 B、C 正确答案：(3)0.39(4)如图所示(5)0.44(6)BC章末检测卷 点击进入word.
