實(shí)驗(yàn)四考證牛頓運(yùn)動定律1．實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶W(xué)會用控制變量法研究物理規(guī)律。研究加快度與力、質(zhì)量的關(guān)系。掌握運(yùn)用圖象辦理問題的方法。2．實(shí)驗(yàn)原理用控制變量法研究加快度a與力F、質(zhì)量M的關(guān)系，能夠先保持F不變，研究a和M的關(guān)系，再保持M不變，研究a和F的關(guān)系。3．實(shí)驗(yàn)器械帶定滑輪的長木板、低壓溝通電源、復(fù)寫紙片和紙帶、小車、小盤、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、天平、砝碼、刻度尺、導(dǎo)線。4．實(shí)驗(yàn)步驟(1)用天平測出小車的質(zhì)量M，小盤和砝碼的總質(zhì)量m。按圖把實(shí)驗(yàn)器械安裝好，先不要把懸掛小盤的細(xì)繩系在車上。在木板的一端下邊墊一木塊，挪動木塊的地點(diǎn)，直至小車拖著紙帶在斜面上做勻速運(yùn)動。小環(huán)繞過滑輪系于小車上，先接通電源后松開小車，打完點(diǎn)后切斷電源，取下紙帶。(5)保持小車的質(zhì)量不變，改變砝碼和小盤的質(zhì)量，重復(fù)步驟(4)五次。Mm(6)在每條紙帶上選用一段比較理想的部分，測加快度a。作a-F的圖象，若圖象為一過原點(diǎn)的直線，證明加快度與力成正比。(8)保持砝碼和小盤的質(zhì)量m不變，改變小車質(zhì)量M，重復(fù)步驟(4)和(6)，作a-1圖象，M若圖象為一過原點(diǎn)的直線，證明加快度與質(zhì)量成反比。5．注意事項(xiàng)安裝器械時(shí)，要調(diào)整滑輪的高度，使拴小車的細(xì)繩與木板平行。均衡摩擦力時(shí)，小車連著穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶，但不要把懸掛小盤的細(xì)線系在小車上。改變砝碼的質(zhì)量后，不需要從頭均衡摩擦力。只有小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于小盤和砝碼的總質(zhì)量，小盤和砝碼的總重力才可視為小車遇到的拉力。開始時(shí)小車應(yīng)盡量湊近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，并應(yīng)先接通電源，再松開小車，在小車抵達(dá)滑輪前按住小車?？键c(diǎn)一|實(shí)驗(yàn)原理與操作本實(shí)驗(yàn)的難點(diǎn)是丈量小車的協(xié)力，實(shí)驗(yàn)經(jīng)過兩個(gè)“代替”關(guān)系丈量小車的協(xié)力，使小車協(xié)力的丈量轉(zhuǎn)變?yōu)閷覓煳镏亓Φ恼闪俊?．均衡摩擦力——用小車所受的拉力代替協(xié)力小車受力為重力、拉力、阻力、支持力，均衡摩擦力后，使重力、阻力和支持力的協(xié)力為零，則小車所受的拉力等于小車的協(xié)力。2．小車質(zhì)量(M)遠(yuǎn)大于懸掛物質(zhì)量(m)——用懸掛物重力代替小車所受的拉力mF＝Ma＝Mmg＝1由牛頓第二定律：系統(tǒng)加快度a＝＋g，小車所受的拉力＋mg，明顯，MmMmm1＋M當(dāng)M?m時(shí)F≈mg。[考點(diǎn)對練]1．在“考證牛頓運(yùn)動定律”實(shí)驗(yàn)中，采納以下圖的裝置圖進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。對小車進(jìn)行“均衡摩擦力”操作時(shí)，以下一定進(jìn)行的是________(填字母序號)。A．取下沙和沙桶B．在空沙桶的牽引下，輕推一下小車，小車能做勻速直線運(yùn)動C．小車拖著穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶做勻速運(yùn)動時(shí)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源應(yīng)斷開D．把長木板沒有定滑輪的一端墊起適合高度(2)實(shí)驗(yàn)中，已經(jīng)測出小車的質(zhì)量為M，沙和沙桶的總質(zhì)量為

m，若要將沙和沙桶的總重力大小作為小車所受拉力F的大小，這樣做的前提條件是________________________________________。在實(shí)驗(yàn)操作中，以下說法正確的選項(xiàng)是________。A．求小車運(yùn)動的加快度時(shí)，可用天平測出沙和沙桶的質(zhì)量M′和m′，以及小車質(zhì)量M，直接用公式a＝M′＋m′g求出MB．實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源，再松開小車C．每改變一次小車的質(zhì)量，都需要改變墊入的小木塊的厚度D．先保持小車質(zhì)量不變，研究加快度與力的關(guān)系；再保持小車受力不變，研究加快度與質(zhì)量的關(guān)系，最后概括出加快度與力、質(zhì)量的關(guān)系分析：(1)均衡摩擦力時(shí)使小車所受重力沿木板方向分力與小車所受摩擦力均衡，故A、D項(xiàng)正確，B項(xiàng)錯(cuò)誤；為確立小車能否為勻速運(yùn)動，需要經(jīng)過紙帶上點(diǎn)跡能否均勻來判斷，故C項(xiàng)錯(cuò)誤。(2)依據(jù)牛頓第二定律得，mg＝(M＋m)a，mg解得a＝＋，Mm則繩索的拉力＝＝Mmgmg＝，F(xiàn)MaM＋mm1＋M可知當(dāng)沙和沙桶的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量時(shí)，小車所受的拉力等于沙和沙桶的總重力，所以應(yīng)知足的條件是沙和沙桶的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量。本實(shí)驗(yàn)是“考證牛頓運(yùn)動定律”，所以不可以把牛頓第二定律當(dāng)作已知的公式來使用，故A錯(cuò)誤；使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)，應(yīng)當(dāng)先接通電源，后開釋紙帶，故

B正確；均衡摩擦力后有μ＝tan

θ，小車質(zhì)量改變時(shí)，總知足

mgsin

θ＝μmgcos

θ，與小車質(zhì)量沒關(guān)，所以不用再次均衡摩擦力，故

C錯(cuò)誤；本實(shí)驗(yàn)采納控制變量法，故

D正確。答案：(1)AD

(2)沙和沙桶的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量

(3)BD2．(2019·天津檢測)小王同學(xué)在研究加快度與力、質(zhì)量的關(guān)系時(shí)，小車及砝碼的質(zhì)量用M表示，沙桶及沙的質(zhì)量用m表示，小車的加快度可由小車后拖動的紙帶計(jì)算出。(1)往沙桶中加入必定量的沙子，當(dāng)

M與m的大小關(guān)系知足

________時(shí)，可近似以為繩對小車的拉力大小等于沙桶和沙的重力；在開釋小車

________(

選填“以前”或“以后”

)接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源，在紙帶上打出一系列的點(diǎn)。在均衡摩擦力后，他用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶的一段以下圖，該紙帶上相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有

4個(gè)點(diǎn)未標(biāo)出，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用溝通電的頻次是

50Hz，則小車的加快度大小是________m/s2，當(dāng)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打

B點(diǎn)時(shí)小車的速度是

________m/s。(結(jié)果保存

3位有效數(shù)字

)(3)小張同學(xué)用同一裝置做實(shí)驗(yàn)，他們倆在同一坐標(biāo)系中畫出的a-F關(guān)系圖線以下圖，小張和小王同學(xué)做實(shí)驗(yàn)，哪一個(gè)物理量是不一樣的_____________________________________________________________。分析：(1)小車實(shí)質(zhì)的加快度為＝mg，繩索拉力為＝＝mg，所以只有當(dāng)?時(shí)，aM＋mFMammM1＋M拉力F才近似等于；實(shí)驗(yàn)中應(yīng)先接通電源再開釋小車。mgx－xOB2BD(2)a＝2＝0.390m/s，4TxACvB＝2T≈0.377m/s。圖線的斜率為小車及砝碼的總質(zhì)量的倒數(shù)，所以小車及砝碼的總質(zhì)量不一樣。答案：(1)m?M以前(2)0.3900.377(3)小車及砝碼的總質(zhì)量考點(diǎn)二|數(shù)據(jù)辦理與偏差剖析本實(shí)驗(yàn)的有時(shí)偏差主要由質(zhì)量的丈量、計(jì)數(shù)點(diǎn)間距丈量惹起，可經(jīng)過多次丈量取均勻值減小偏差。本實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)偏差主要由兩個(gè)要素產(chǎn)生，剖析以下：均衡摩擦力禁止造成的偏差圖線a-F不經(jīng)過原點(diǎn)，分兩種狀況：①當(dāng)均衡摩擦力不夠時(shí)，F(xiàn)≠0，a＝0。②當(dāng)均衡摩擦力過分時(shí)，F(xiàn)＝0，a≠0。因?yàn)椴恢鉓?m惹起的偏差1圖線a-F和a-都向下曲折，剖析：M①在a-F圖象中，依據(jù)a＝11mg，M必定，當(dāng)知足M?m時(shí)，圖線斜率視為不變，圖線M＋mM為直線。不知足M?m時(shí)，跟著m增大，圖線斜率減小，圖線向下曲折。1a＝11②在a-圖象中，依據(jù)mg＝mg·，m必定，當(dāng)知足M?m時(shí)，圖線斜率視為mgMM＋mmM1＋M不變，圖線為直線。不知足M?m時(shí)，跟著M減小，圖線斜率減小，圖線向下曲折。[考點(diǎn)對練]1．(2019·寧德質(zhì)檢)某次“研究加快度a跟物體所受協(xié)力F和質(zhì)量m的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)過程是：甲乙(1)圖甲所示為實(shí)驗(yàn)裝置圖。圖乙為某次實(shí)驗(yàn)獲取的一段紙帶，計(jì)數(shù)點(diǎn)A、B、C、D、E間2的時(shí)間間隔為0.1s，依據(jù)紙帶可求出小車的加快度大小為______m/s(結(jié)果保存2位有效數(shù)字)。保持小車質(zhì)量不變，改變沙和沙桶質(zhì)量，進(jìn)行多次丈量。依據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)做出了加快度隨拉力F的變化圖線，以下圖。圖中直線沒有經(jīng)過原點(diǎn)，其主要原由是_____________________________________________________________________________________________________________。(3)保持沙和沙桶質(zhì)量不變，改變小車中砝碼質(zhì)量，進(jìn)行多次丈量，獲取小車加快度a、1質(zhì)量m及其對應(yīng)的的數(shù)據(jù)如表中所示：m實(shí)驗(yàn)次數(shù)12345678小車加快度1.901.721.491.251.000.750.500.30－2)a/(m·s小車和砝碼質(zhì)量0.250.290.330.400.500.711.001.67m/kg1/kg－14.003.453.032.502.001.411.000.60ma.請?jiān)谧鶚?biāo)紙中畫出-1圖線：amb．依據(jù)作出的-1圖象能夠獲取的結(jié)論是__________________am___________________________________________________________________________________________________________。分析：(1)由圖中數(shù)據(jù)可知x＝2.40cm，x＝4.10cm，ACCECEAC－－2利用公式2x－x222x＝aT可知，a＝T＝4×0.01m/s＝0.43m/s。見答案見答案答案：(1)0.43(2)實(shí)驗(yàn)前未均衡摩擦力(或均衡摩擦力不充分)(3)a.以下圖b．圖線為過原點(diǎn)的直線，表示在合外力一準(zhǔn)時(shí)，加快度跟質(zhì)量成反比2．如圖為某同學(xué)做“研究加快度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置表示圖，一端帶有定滑輪的木板直接放在水平桌面上，細(xì)線與長木板平行。在研究小車(含砝碼)質(zhì)量不變，加快度和作使勁的關(guān)系時(shí)，他先后五次改變沙和沙桶的總質(zhì)量，測出相應(yīng)的加快度a。在第一次丈量時(shí)，沙和沙桶的總質(zhì)量為m1、車質(zhì)量M＝20m1，此后每次在沙桶里增添質(zhì)量為m的沙子，已m1知m＝2。(1)若把沙和沙桶的總重力作為小車所受協(xié)力F的大小，按這五組數(shù)據(jù)畫出的a-F圖象可能是圖中的________。ABCD(2)第(1)題圖象中圖線可是坐標(biāo)原點(diǎn)的原由是________，若對此采納了糾正，該實(shí)驗(yàn)還存在一個(gè)較大的系統(tǒng)偏差，是由沙和沙桶的總重力不等于小車遇到的拉力惹起的。設(shè)沙和沙|F－F|桶的總重力為F測，小車真實(shí)遇到的拉力為測真F真。若定義×100%為拉力丈量的百分誤F真差，現(xiàn)要求百分偏差不大于5%，則當(dāng)小車的總質(zhì)量為200g時(shí)，沙和沙桶的總質(zhì)量最大不可以超出________g。分析：(1)設(shè)小車與木板之間的動摩擦因數(shù)為μ，由牛頓第二定律可得F－μMg＝Ma，解F得a＝－μg，A、B兩項(xiàng)錯(cuò)誤。若F較大時(shí)，不知足M?m，此時(shí)應(yīng)用牛頓第二定律求解加快M度時(shí)，繩索的拉力F不行近似以為等于沙和沙桶的重力，而是小于沙和沙桶的重力，故加快mg度值與a＝M－μg對比減小，C項(xiàng)正確，D項(xiàng)錯(cuò)誤。(2)因?yàn)槲淳饽Σ亮?，故致使沙與沙桶重力較小時(shí)，小車未加快運(yùn)動，a-F圖象上表現(xiàn)為可是原點(diǎn)，與橫軸有必定截距；由題意可知F測＝mg，設(shè)整體的加快度為a，因?yàn)槟Σ亮σ驯痪?，故繩的拉力為F真，由牛頓第二定律可得MmgF真＝Ma，mg－F真＝ma，解得F真＝＋，Mm|－Mmg|由題意可知百分偏差測－真mgM＋m＝200g，解|FF|×100%＝×100%≤5%，代入質(zhì)量FMmgM真＋Mm得m≤10g。答案：(1)C(2)沒有均衡小車所受的摩擦力10考點(diǎn)三|實(shí)驗(yàn)拓展與創(chuàng)新近幾年高考對本實(shí)驗(yàn)的考察，一般運(yùn)用牛頓運(yùn)動定律進(jìn)行某一研究實(shí)驗(yàn)、利用先進(jìn)系統(tǒng)收集數(shù)據(jù)等，經(jīng)過改變實(shí)驗(yàn)條件、實(shí)驗(yàn)儀器或巧用物理規(guī)律進(jìn)行新的研究活動。命題趨向有以下幾個(gè)方面：實(shí)驗(yàn)器材的替換用氣墊導(dǎo)軌代替長木板，將氣墊導(dǎo)軌調(diào)成水平，不需要均衡摩擦力常有(1)合外力的丈量創(chuàng)新由力傳感器直接丈量視角數(shù)據(jù)測(2)加快度的獲取量的改2進(jìn)①測定經(jīng)過的時(shí)間，由1dd2a＝2t2－t1求出加快度x②小車的加快度由位移傳感器及與之相連的計(jì)算機(jī)獲取實(shí)驗(yàn)?zāi)恳浴翱甲C牛頓運(yùn)動定律”為背景丈量物塊與木板間的動摩擦因數(shù)的創(chuàng)新[考點(diǎn)對練]1．(2019·臨沭模擬)為了研究加快度與力的關(guān)系，使用以下圖的氣墊導(dǎo)軌裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。此中

G1、G2為兩個(gè)光電門，它們與數(shù)字計(jì)時(shí)器相連，當(dāng)滑行器經(jīng)過

G1、G2光電門時(shí)，光束被遮擋的時(shí)間

t1、

t2都能夠被丈量并記錄?；衅鬟B同上邊固定的一條形擋光片的總質(zhì)量為M，擋光片寬度為

D，光電門間距離為

s，牽引砝碼的質(zhì)量為

m?；卮鹨韵聠栴}：實(shí)驗(yàn)開始應(yīng)先調(diào)理氣墊導(dǎo)軌下邊的螺釘，負(fù)氣墊導(dǎo)軌水平，在不增添其余儀器的狀況下，怎樣判斷調(diào)理能否到位？答：_____________________。若取M＝0.4kg，改變m的值，進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，以下m的取值不適合的一個(gè)是________。A．m1＝5g

B．m2＝15gC．m3＝40g

D．m4＝400g在此實(shí)驗(yàn)中，需要測得每一個(gè)牽引力對應(yīng)的加快度，此中求得的加快度的表達(dá)式為________________(用t1、t2、D、s表示)。分析：(1)氣墊導(dǎo)軌能夠以為是圓滑的，在判斷其能否水平常能夠采納的方法是接通氣源，將滑行器靜置于氣墊導(dǎo)軌上，滑行器基本保持靜止說明導(dǎo)軌是圓滑的，或接通氣源，將滑行器靜置于氣墊導(dǎo)軌上，輕推滑行器，滑行器能基本做勻速直線運(yùn)動。在該實(shí)驗(yàn)中實(shí)質(zhì)是mg＝(M＋m)a，要知足mg＝Ma，應(yīng)當(dāng)使砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑行器的質(zhì)量。若取

M＝0.4kg

，改變

m的值，進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，

m4＝400g

不可以知足，應(yīng)選

D。依據(jù)擋光片經(jīng)過光電門的速度能夠用均勻速度取代得D經(jīng)過第一個(gè)光電門的速度v1＝t1經(jīng)過第二個(gè)光電門的速度2Dv＝t2依據(jù)運(yùn)動學(xué)公式22211v2－v1D2－則加快度為a＝2＝2tt2。21ssD2答案：(1)將滑行器自由放在導(dǎo)軌上，并輕推滑行器，看其可否做勻速運(yùn)動(2)D(3)2s12－12t2t12.(2016·全國卷Ⅲ)某物理課外小組利用圖(a)中的裝置研究物體加快度與其所受合外力之間的關(guān)系。圖中，置于實(shí)驗(yàn)臺上的長木板水平擱置，其右端固定一輕滑輪；輕繩越過滑輪，一端與放在木板上的小滑車相連，另一端可懸掛鉤碼。本實(shí)驗(yàn)中可用的鉤碼共有N＝5個(gè)，每個(gè)質(zhì)量均為0.010kg。實(shí)驗(yàn)步驟以下：(a)(1)將

5個(gè)鉤碼所有放入小車中，在長木板左下方墊上適合厚度的小物塊，使小車

(和鉤碼)能夠在木板上勻速下滑。(2)將

n(挨次取

n＝1,2,3,4,5)

個(gè)鉤碼掛在輕繩右端，其余

N－n

個(gè)鉤碼仍留在小車內(nèi)；用手按住小車并使輕繩與木板平行。開釋小車，同時(shí)用傳感器記錄小車在時(shí)刻

t

相關(guān)于其起始地點(diǎn)的位移

s，繪制

s-t

圖象，經(jīng)數(shù)據(jù)辦理后可獲取相應(yīng)的加快度

a。對應(yīng)于不一樣的n的a值見下表。n＝2時(shí)的s-t圖象如圖(b)所示；由圖(b)求出此時(shí)小車的加快度(結(jié)果保存2位有效數(shù)字)，將結(jié)果填入下表。n12345/(m·s－2)0.200.580.781.00a(b)利用表中的數(shù)據(jù)在圖(c)中補(bǔ)齊數(shù)據(jù)點(diǎn)，并作出a-n圖象。從圖象能夠看出：當(dāng)物體質(zhì)量一準(zhǔn)時(shí)，物體的加快度與其所受的合外力成正比。(c)利用a-n圖象求得小車(空載)的質(zhì)量為________kg(結(jié)果保存2位有效數(shù)字，重力加快度取g＝9.8m·s－2)。若以“保持木板水平”來取代步驟(1)，以下說法正確的選項(xiàng)是________(填入正確選項(xiàng)前的標(biāo)號)。A．a(chǎn)-n圖線不再是直線B．a(chǎn)-n圖線還是直線，但該直線可是原點(diǎn)C．a(chǎn)-n圖線還是直線，但該直線的斜率變大分析：(3)依據(jù)題圖(b)可知，當(dāng)t＝2.00s時(shí)，位移s＝0.78m，由s＝12，得加快度2at2s2a＝t2＝0.39m/s。圖象以下圖。小車空載時(shí)，n＝5，加快度為a＝1.00m/s2。由牛頓第二定律得nm0g＝(m＋nm0)a，代入數(shù)據(jù)得m＝0.44kg。(6)均衡摩擦力時(shí)，以小車和鉤碼整體為研究對象有：nm0g＝(m＋5m0)a，則a＝0n，mgm＋5m0m0g即a-n圖象的斜率為＋50。若保持木板水平，則小車將遇到木板的摩擦力，有nm0g－μ[mgmm(5－n)m0g]＝(m＋5m0)a，＝nm0g－μ[mg＋0＋μm0g－μ。a－nmg]＝m＋5m0nm＋5m0m＋5m0g說明-圖象仍為直線，但不再過原點(diǎn)，且斜率變大。應(yīng)選B、C。an答案：(3)0.39(4)看法析(5)0.44(6)BC3．(2015·全國卷Ⅱ)某同學(xué)用圖(a)所示的實(shí)驗(yàn)裝置丈量物塊與斜面之間的動摩擦因數(shù)。已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電源的頻次為50Hz，物塊下滑過程中所獲取的紙帶的一部分如圖(b)所示，圖中標(biāo)出了五個(gè)連續(xù)點(diǎn)之間的距離。(a)(b)物塊下滑時(shí)的加快度a＝________m/s2，打C點(diǎn)時(shí)物塊的速度v＝________m/s。已知重力加快度大小為g，為求出動摩擦因數(shù)，還一定丈量的物理量是________(填正確答案標(biāo)號)。A．物塊的質(zhì)量B．斜面的高度C．斜面的傾角分析：(1)物塊沿斜面下滑做勻加快運(yùn)動，依據(jù)紙帶可得連續(xù)兩段距離之差為0.13cm，x0.13×10－222C點(diǎn)速度v＝xBD＋－2由a＝2得a＝2m/s＝3.25m/s，此中＝2×0.02TtBDm/s≈1.79m/s。(2)對物塊進(jìn)行受力剖析如圖，則物塊所受合外力為F合＝sinθ－μcosθ，即amgmggsinθ－a＝gsi