1、2021新亮劍高考總復(fù)習(xí)牛頓運(yùn)動(dòng)定律第三單元實(shí)驗(yàn)4驗(yàn)證牛頓第二定律1磨劍課前自學(xué)目錄2CONTENTS悟劍課堂精講目 錄 磨劍課前自學(xué)知識(shí)課前自測磨劍課前自學(xué)悟劍課堂精講目 錄知識(shí)課前自測考點(diǎn)巧講第4頁一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 學(xué)會(huì)利用控制變量法研究物理規(guī)律。2. 探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系。3. 學(xué)會(huì)利用圖象法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的方法。二、實(shí)驗(yàn)原理1. 保持質(zhì)量不變,探究加速度與合外力的關(guān)系。2. 保持合外力不變,探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系。3.作出 a-F 圖象和 a- 1 圖象,確定其關(guān)系。目 錄知識(shí)課前自測考點(diǎn)巧講第5頁三、實(shí)驗(yàn)器材打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,紙帶及復(fù)寫紙片,小車,一端附有定滑輪的長木板,托盤和砝碼,細(xì)

2、繩,交流電源,導(dǎo)線,天平, 刻度尺。四、實(shí)驗(yàn)步驟1. 稱量質(zhì)量:用天平測量托盤的質(zhì)量 m0 和小車的質(zhì)量 M。2. 儀器安裝:按照如圖所示裝置把實(shí)驗(yàn)器材安裝好,只是不把懸掛托盤的細(xì)線系在小車上(不給小車牽 引力)。目 錄知識(shí)課前自測考點(diǎn)巧講第6頁3. 平衡摩擦力:在長木板不帶定滑輪的一端下面墊上一塊薄木塊,使小車在斜面上做勻速直線運(yùn)動(dòng)。4. 操作記錄(1)把細(xì)繩系在小車上并繞過滑輪懸掛托盤,托盤里放砝碼,先接通電源再放開小車,取紙帶,編號(hào)碼。 (2)保持小車的質(zhì)量 M 不變,改變托盤中砝碼的重力,重復(fù)步驟(1)。由紙帶計(jì)算出小車的加速度,并把力和對應(yīng)的加速度填入表(一)中。(3)保持托盤和砝碼

3、質(zhì)量 m 不變,改變小車和砝碼的總質(zhì)量 M,重復(fù)以上步驟。并將所對應(yīng)的質(zhì)量和加速度填入表(二)中。目 錄知識(shí)課前自測考點(diǎn)巧講第7頁表(一)表(二)實(shí)驗(yàn)次數(shù)加速度 a/(ms-2)小車和小車上砝碼的總質(zhì)量 M/kg1234實(shí)驗(yàn)次數(shù)加速度 a/(ms-2)小車受力 F/N1234目 錄知識(shí)課前自測考點(diǎn)巧講第8頁五、數(shù)據(jù)處理1. 計(jì)算加速度:先在紙帶上標(biāo)明計(jì)數(shù)點(diǎn),測量各計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離,根據(jù)逐差法計(jì)算各條紙帶對應(yīng)的加速度。2. 作圖象找關(guān)系:根據(jù)記錄的各組對應(yīng)的加速度 a 與小車所受牽引力 F,建立直角坐標(biāo)系,描點(diǎn)畫 a-F 圖象。如果圖象是一條過原點(diǎn)的傾斜直線,便證明加速度與作用力成正比。再根據(jù)記錄

4、的各組對應(yīng)的加速度 a 與小車和小車上砝碼總質(zhì)量 M,建立直角坐標(biāo)系,描點(diǎn)畫 a- 1 圖象,如果圖象是一條過原點(diǎn)的傾斜直線,就證明了加速度與質(zhì)量成反比。目 錄知識(shí)課前自測考點(diǎn)巧講第9頁六、誤差分析1.偶然誤差(1) 摩擦力平衡不準(zhǔn)確,故在平衡摩擦力時(shí),不給小車牽引力,使打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶點(diǎn)跡間隔均勻。(2) 質(zhì)量測量以及計(jì)數(shù)點(diǎn)間距測量不準(zhǔn)確,故要多次測量取平均值。(3) 作圖不準(zhǔn)確,故在描點(diǎn)作圖時(shí),要用坐標(biāo)紙,使盡量多的點(diǎn)落在直線上,不在直線上的點(diǎn)均勻分布兩側(cè),舍去偶然誤差較大的點(diǎn)。2.系統(tǒng)誤差:因?qū)嶒?yàn)原理不完善引起的誤差。本實(shí)驗(yàn)用托盤和砝碼的總重力 mg 代替對小車的拉力,而實(shí)際上小車所

5、受的拉力要小于托盤和砝碼的總重力。故要滿足托盤和砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量。目 錄知識(shí)課前自測考點(diǎn)巧講第10頁七、注意事項(xiàng)1. 平衡摩擦力:平衡摩擦力時(shí),要調(diào)出一個(gè)合適的斜面,使小車的重力沿著斜面方向的分力正好平衡 小車受的摩擦阻力。此時(shí),不要把懸掛托盤的細(xì)線系在小車上,即不要給小車加任何牽引力,要讓小車拖著紙帶運(yùn)動(dòng)。2. 實(shí)驗(yàn)條件:Mm。只有如此,托盤和砝碼的總重力才可視為小車受到的拉力。3. 一先一后:改變拉力和小車質(zhì)量后,每次開始時(shí)小車應(yīng)盡量靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,并應(yīng)先接通電源,后 放開小車,且應(yīng)在小車到達(dá)滑輪前按住小車。4. 作圖:作圖時(shí)兩軸標(biāo)度比例要適當(dāng),各物理量采用國際單位,這樣作圖線

6、時(shí),坐標(biāo)點(diǎn)間距不至于過密,誤差會(huì)小些。目 錄知識(shí)考點(diǎn)巧講課前自測第11頁1.在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中,滲透了研究問題的多種科學(xué)方法:(以下各空均選填“理想實(shí)驗(yàn)法”“圖象法”“平衡摩擦力法”“化曲為直法”“控制變量法”或“近似法”) (1)實(shí)驗(yàn)環(huán)境的等效法: 平衡摩擦力法。(2) 實(shí)驗(yàn)條件設(shè)計(jì)的科學(xué)方法: 控制變量法。(3) 實(shí)驗(yàn)原理的簡化: 近似法,即當(dāng)小車質(zhì)量 M 車m 砂(m 砂表示砂及桶的總質(zhì)量)時(shí),細(xì)繩對小車的拉力大小近似等于砂及桶的總重力 m 砂g。(4) 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的科學(xué)方法: 圖象法。(5) 將 a-M 車圖象轉(zhuǎn)化為 a- 1 圖象,所用的科學(xué)方法: 化曲為直法

7、。車目 錄知識(shí)考點(diǎn)巧講課前自測第12頁(1) 由于小車運(yùn)動(dòng)受到摩擦阻力,所以要平衡摩擦力,以減小實(shí)驗(yàn)誤差,稱為平衡摩擦力法。(2) 在探究加速度、力與質(zhì)量三者關(guān)系時(shí),先保持其中一個(gè)量不變,來探究其他兩個(gè)量之間的 關(guān)系,稱為控制變量法。(3) 當(dāng)小車質(zhì)量 M 車m 砂(m 砂表示砂及桶的總質(zhì)量)時(shí),細(xì)繩對小車的拉力大小近似等于砂及桶的總重力 m 砂g,稱為近似法。(4) 通過圖象研究實(shí)驗(yàn)的結(jié)果,稱為圖象法。(5) 在作圖時(shí),將 a-M 車圖象轉(zhuǎn)化為 a- 1 圖象,使圖線由曲線轉(zhuǎn)化為直線,稱為化曲為直法。車目 錄知識(shí)考點(diǎn)巧講課前自測第13頁2.在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中,采用如圖所示

8、的裝置圖進(jìn)行實(shí)驗(yàn):(1) 實(shí)驗(yàn)中,需要在木板的右端墊上一個(gè)小木塊,其目的是 平衡摩擦力。(2) 實(shí)驗(yàn)中,已知測出小車的質(zhì)量為 M,砝碼(包括砝碼盤)的總質(zhì)量為 m,若要將砝碼(包括砝碼盤)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 mM。目 錄知識(shí)考點(diǎn)巧講課前自測第14頁(3)在實(shí)驗(yàn)操作中,下列說法正確的是 BD(填序號(hào))。A.求小車運(yùn)動(dòng)的加速度時(shí),可用天平測出砝碼盤和砝碼的質(zhì)量 M和 m,以及小車質(zhì)量 M,直接用公式a=+g 求出B. 實(shí)驗(yàn)時(shí),應(yīng)先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源,再放開小車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,研究加速度與力

9、的關(guān)系;再保持小車受力不變,研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系,最后歸納 出加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系目 錄知識(shí)考點(diǎn)巧講課前自測第15頁(1)本實(shí)驗(yàn)?zāi)景灞砻娌豢赡芄饣?摩擦力會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果,所以要平衡摩擦力。 (2)根據(jù)牛頓第二定律得 mg=(M+m)a,解得 a=,則繩子的拉力 F=Ma=,可知當(dāng)砝碼=+1+(包括砝碼盤)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砝碼(包括砝碼盤)的總重力,所以應(yīng)滿足的條件是砝碼(包括砝碼盤)的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量。(3)本實(shí)驗(yàn)的目的是:探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系,所以不能把牛頓第二定律當(dāng)成已知的公式來使用,A 項(xiàng)錯(cuò)誤;使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí),都應(yīng)該先接通電源,后釋放紙帶,B

10、 項(xiàng)正確;平衡摩擦力后 =tan ,與重物的質(zhì)量無關(guān),所以不用再次平衡摩擦力,C 項(xiàng)錯(cuò)誤;本實(shí)驗(yàn)采用控制變量法,D 項(xiàng)正確。目 錄考點(diǎn)巧講一二實(shí)驗(yàn)原理與操作數(shù)據(jù)處理與誤差分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法圖象法與化曲為直的思想 悟劍課堂精講三實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與創(chuàng)新動(dòng)摩擦因數(shù)的測定磨劍課前自學(xué)悟劍課堂精講目 錄考點(diǎn)巧講知識(shí)課前自測第17頁 實(shí)驗(yàn)原理與操作一例 1 (2019 年長慶高級(jí)中學(xué)檢測)在“驗(yàn)證牛頓第二定律”的實(shí)驗(yàn)中,采用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置,小車及車中砝碼的質(zhì)量用 M 表示,砂和砂桶的質(zhì)量用 m 表示,小車的加速度可由小車后拖動(dòng)的紙帶計(jì)算出。目 錄考點(diǎn)巧講知識(shí)課前自測第18頁(1)實(shí)驗(yàn)中,為了使細(xì)線對小車

11、的拉力大小等于小車所受的合外力,先調(diào)節(jié)長木板一端滑輪的高度,使細(xì)線與長木板平行。接下來還需要進(jìn)行的一項(xiàng)操作是 B。A. 將長木板水平放置,讓小車連著已經(jīng)穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶,給打點(diǎn)計(jì)時(shí)器通電。改變砂桶中 砂子的多少,使小車在砂和砂桶的牽引下運(yùn)動(dòng),從打出的紙帶判斷小車是否做勻速運(yùn)動(dòng)B. 將長木板的一端墊起適當(dāng)?shù)母叨?讓小車連著已經(jīng)穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶,撤去砂和砂桶,給打 點(diǎn)計(jì)時(shí)器通電,輕推小車,從打出的紙帶判斷小車是否做勻速運(yùn)動(dòng)C. 將長木板的一端墊起適當(dāng)?shù)母叨?撤去紙帶以及砂和砂桶,輕推小車,觀察判斷小車是否做勻速運(yùn)動(dòng)目 錄考點(diǎn)巧講知識(shí)課前自測第19頁(2)實(shí)驗(yàn)中要進(jìn)行質(zhì)量 m 和 M 的選取

12、,以下最合理的一組是A.M=200 g,m=10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、35 g、40 g B.M=200 g,m=20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 g C.M=400 g,m=10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、35 g、40 gD.M=400 g,m=20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 g。C(3)已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的交流電頻率為 50 Hz,每相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有 4 個(gè)點(diǎn)未畫出,利用圖給數(shù)據(jù)可求出小車運(yùn)動(dòng)的加速度 a= 1.58m/s2。(結(jié)果保留 3 位有效數(shù)字)目 錄考點(diǎn)巧講知識(shí)課前自測第20頁(

13、1) 為了使細(xì)線對小車的拉力大小等于小車所受的合外力,先調(diào)節(jié)長木板一端滑輪的高度,使細(xì)線與長木板平行。接下來還需要進(jìn)行的一項(xiàng)操作是將長木板的一端墊起適當(dāng)?shù)母叨?讓小車 連著已經(jīng)穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶,撤去砂和砂桶,給打點(diǎn)計(jì)時(shí)器通電,輕推小車,從打出的紙帶判斷小車是否做勻速運(yùn)動(dòng),即平衡摩擦力,B 項(xiàng)正確。(2) 當(dāng) m 遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于 M 時(shí),即當(dāng)砂和砂桶的總質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于小車和砝碼的總質(zhì)量時(shí),細(xì)線的拉力大小近似等于砂和砂桶的總重力,因此最合理的一組是 C。(3) 由題可知,兩相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)間時(shí)間間隔 T=0.1 s,利用勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論 x=aT2,得xDE-xAB=3a1T2、xEF-xBC=3a2

14、T2,xCD-xOA=3a3T2,則加速度 a=1+2+31.58 m/s2。3目 錄考點(diǎn)巧講知識(shí)課前自測第21頁本實(shí)驗(yàn)在操作時(shí)要注意兩點(diǎn):其一是要注意實(shí)驗(yàn)條件砝碼盤和砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量;其二是要平衡摩擦力。目 錄考點(diǎn)巧講知識(shí)課前自測第22頁變式 1(2019 年廣州市聯(lián)考)某實(shí)驗(yàn)小組利用如圖 1 所示的裝置“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”。(1)實(shí)驗(yàn)中除了需要小車、砝碼、托盤、細(xì)繩、附有定滑輪的長木板、墊木、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、低壓交流電源、兩根導(dǎo)線、復(fù)寫紙、紙帶之外,還需要 天平、 刻度尺。圖1目 錄考點(diǎn)巧講知識(shí)課前自測第23頁(2)下列做法正確的是 ADE。A. 調(diào)節(jié)滑輪的高度,使?fàn)恳?/p>

15、車的細(xì)繩與長木板保持平行B. 在調(diào)節(jié)木板傾斜角度平衡小車受到的滑動(dòng)摩擦力時(shí),將裝有砝碼的托盤通過定滑輪拴在小車上 C.實(shí)驗(yàn)時(shí),先放開小車再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源D. 通過增減小車上的砝碼改變質(zhì)量時(shí),不需要重新調(diào)節(jié)木板傾斜度E. 用托盤和盤內(nèi)砝碼的重力作為小車和車上砝碼受到的合外力,為減小誤差,實(shí)驗(yàn)中一定要保證托盤和砝 碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車和車上砝碼的總質(zhì)量目 錄考點(diǎn)巧講知識(shí)課前自測第24頁(3)某同學(xué)以小車和車上砝碼的總質(zhì)量的倒數(shù) 1 為橫坐標(biāo),小車的加速度 a 為縱坐標(biāo),在坐標(biāo)紙上作出的a- 1 關(guān)系圖線如圖 2 所示。由圖可分析得出:加速度與質(zhì)量成 反比(選填“正比”或“反比”)關(guān)系;圖線不

16、過原點(diǎn)說明實(shí)驗(yàn)有誤差,引起這一誤差的主要原因是平衡摩擦力時(shí)長木板的傾角 過大(選填“過大”或“過小”)。圖2目 錄考點(diǎn)巧講知識(shí)課前自測第25頁(1) 實(shí)驗(yàn)中需要用托盤和砝碼的總重力表示小車受到的拉力,需測量托盤的質(zhì)量,所以還需要天平。實(shí)驗(yàn)中需要用刻度尺測量紙帶上點(diǎn)跡間的距離,從而得出加速度,所以還需要刻度尺(2) 平衡摩擦力時(shí)應(yīng)系上紙帶,不能掛托盤;調(diào)節(jié)滑輪的高度,使?fàn)恳≤嚨募?xì)繩與長木板保持平行,A 項(xiàng)正確,B 項(xiàng)錯(cuò)誤;平衡摩擦力后細(xì)繩與木板平行,且托盤和砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車和車上砝碼的總質(zhì)量時(shí),托盤和砝碼的總重力近似等于小車和車上砝碼受到的合外力,E 項(xiàng)正確;實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)該先接通電源,后釋放

17、小車,使得紙帶上點(diǎn)跡多一些,以便于測量加速度,還要多測幾組數(shù)據(jù)減小偶然誤差,C 項(xiàng)錯(cuò)誤;通過增減小車上的砝碼改變質(zhì)量時(shí),不需要重新調(diào)節(jié)木板的傾斜角度,D 項(xiàng)正確。(3)a- 1 圖線是一條直線,a 與 M 成反比;圖線在 a 軸上有截距,這是平衡摩擦力時(shí)木板的傾角過大造成的。目 錄考點(diǎn)巧講知識(shí)課前自測第26頁 數(shù)據(jù)處理與誤差分析二例 2(2019 年廣元市診斷)某同學(xué)用如圖 1 所示的裝置做“探究物體的加速度與力的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)時(shí)保持小車的質(zhì)量不變,用鉤碼的重力作為小車受到的合外力,根據(jù)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在小車后端拖動(dòng)的紙 帶上打出的點(diǎn)跡計(jì)算小車運(yùn)動(dòng)的加速度。圖1圖2目 錄考點(diǎn)巧講知識(shí)課前自測第2

18、7頁(1) 實(shí)驗(yàn)時(shí)先不掛鉤碼,反復(fù)調(diào)整墊木的左右位置,直到小車做勻速直線運(yùn)動(dòng),這樣做的目的是 平衡小車運(yùn)動(dòng)中受到的摩擦阻力 。(2) 圖 2 為實(shí)驗(yàn)中打出的一條紙帶的一部分,從比較清晰的點(diǎn)跡起,在紙帶上標(biāo)出了連續(xù)的 5 個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn) A、B、C、D、E,相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間都有 4 個(gè)點(diǎn)跡沒有標(biāo)出,測出各計(jì)數(shù)點(diǎn)到 A 點(diǎn)之間的距離, 如圖 2 所示。已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接在頻率為 50 Hz 的交流電源上,則此次實(shí)驗(yàn)中小車運(yùn)動(dòng)的加速度的測量值 a= 1.0m/s2。(結(jié)果保留 2 位有效數(shù)字)目 錄考點(diǎn)巧講知識(shí)課前自測第28頁(3)實(shí)驗(yàn)時(shí)改變所掛鉤碼的質(zhì)量,分別測量小車在不同外力作用下的加速度。根據(jù)測得的

19、多組數(shù)據(jù)畫出 a-F 關(guān)系圖線,如圖 3 所示。請分析:圖線不通過坐標(biāo)原點(diǎn) O 的原因沒有平衡摩擦力或摩擦力平衡不夠是;圖線上部彎曲的原因是 未滿足拉車的鉤碼質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量的條件。目 錄考點(diǎn)巧講知識(shí)課前自測第29頁(1)反復(fù)調(diào)整墊木的左右位置,直到小車做勻速直線運(yùn)動(dòng),目的是平衡摩擦力。(2)由逐差法求解小車的加速度,由圖 2 可得 a=( + )-( + ),其中 xAB=3.90 cm,xBC=4.90 cm,(2)2xCD=5.90 cm,xDE=6.90 cm,T=0.1 s,則 a=1.0 m/s2。(3)由 a-F 圖象可知,當(dāng)加速度為 0 時(shí),外力 F0,圖線不過原點(diǎn) O 的原

20、因是沒有平衡摩擦力或摩擦力平衡不夠。小車的加速度實(shí)際是 a= 1mg,開始時(shí),由于滿足 Mm,圖線斜率近似為 1 ,其圖線近似+為直線,隨著 m 的增大,a-F 圖線的斜率不再是 1 ,而是 1,故圖線上部是彎曲的。+目 錄考點(diǎn)巧講知識(shí)課前自測第30頁思想方法實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法圖象法與化曲為直的思想利用圖象處理數(shù)據(jù)是物理實(shí)驗(yàn)中常用的重要方法。在實(shí)驗(yàn)中如果發(fā)現(xiàn)一個(gè)量 x 與另一個(gè)量 y 成反比,那么 x 就應(yīng)與1成正比。因?yàn)樵谔幚頂?shù)據(jù)時(shí),判斷正比例函數(shù)圖象比判斷一條曲線是否為反比例函數(shù)圖象要簡單和直觀得多,所以可以將反比例函數(shù)的曲線轉(zhuǎn)化為正比例函數(shù)的直線進(jìn)行處理。目 錄考點(diǎn)巧講知識(shí)課前自測第31

21、頁例 3 某于實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的長木板水平放置,其相連,另一端可懸掛鉤碼。本實(shí)驗(yàn)中可用的鉤碼共有 N實(shí)驗(yàn)步驟如下:(1) 將 5 個(gè)鉤碼全部放入小車中,在長木板左下方墊上適當(dāng)厚度的小物塊,使小車(和鉤碼)可以在木板上勻速下滑。(2) 將 n(依次取 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。釋放小車,同時(shí)用傳感器記錄小車在時(shí)刻 t 相對于其起始位置的位移 s,繪制 s-t 圖象,經(jīng)數(shù)據(jù)處理后可得到相應(yīng)的加速度 a。目 錄考點(diǎn)巧講知識(shí)課前自測第32頁(3)對應(yīng)于不同的 n 的 a 值見下表。n=2 時(shí)的 s-t 圖象如圖 2 所示。由圖

22、 2 求出此時(shí)小車的加速度(結(jié)果保留 2 位有效數(shù)字),將結(jié)果填入下表。0.39(0.370.40均可)圖2n12345a/(ms-2)0.200.580.781.00目 錄考點(diǎn)巧講知識(shí)課前自測第33頁(4)利可以看出:當(dāng)物體質(zhì)量一定時(shí)見解析圖(5) 利用 a-n 圖象求得小車(空載)的質(zhì)量為 0.44(0.440.49)kg(結(jié)果保留 2 位有效數(shù)字,重力加速度取 g=9.8 m/s2)。(6) 若以“保持木板水平”來代替步驟(1),下列說法正確的是 BC(填入正確選項(xiàng)前的標(biāo)號(hào))。A.a-n 圖線不再是直線B.a-n 圖線仍是直線,但該直線不過原點(diǎn)C.a-n 圖線仍是直線,但該直線的斜率變大

23、圖3目 錄考點(diǎn)巧講知識(shí)課前自測第34頁(3)因?yàn)樾≤囎龀跛俣葹榱愕膭蚣铀僦本€運(yùn)動(dòng),故將(2.00,0.80)代入 s=1at2 可得a=0.40 m/s22(4) 根據(jù)描點(diǎn)法可得如圖所示圖線。(5) 對于掛在下面的 n 個(gè)鉤碼,有 nmg-F=nma對于小車(含剩下的鉤碼),有 F=M+(N-n)ma兩式相加得 nmg=(M+Nm)a= 0.098 n解得 a=+0.050.098可見 a-n 圖象的斜率可表示為+0.05由 a-n 圖可知斜率 k=0.2,所以 0.098 =0.2,解得 M=0.44 kg。+0.05目 錄考點(diǎn)巧講知識(shí)課前自測第35頁(6)木板水平時(shí)要考慮摩擦力的影響對于掛

24、在下面的 n 個(gè)鉤碼,有 nmg-F=nma對于小車(含剩下的鉤碼),有F-M+(N-n)mg=M+(N-n)ma兩式相加得 nmg-M+(N-n)mg=(M+Nm)a解得 a= + n-g+可見 a-n 圖象仍是一條直線,但其斜率要變大,且不過坐標(biāo)原點(diǎn)。目 錄考點(diǎn)巧講知識(shí)課前自測第36頁 實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與創(chuàng)新以實(shí)驗(yàn)為背性、探究性、設(shè)計(jì)性等特點(diǎn)。常見創(chuàng)新點(diǎn)如三實(shí)驗(yàn)裝置圖創(chuàng)新/改進(jìn)點(diǎn)1. 實(shí)驗(yàn)方案的改進(jìn):系統(tǒng)總質(zhì)量不變化,改變拉力得到若干組數(shù)據(jù)2. 用傳感器記錄小車的時(shí)間 t 與位移 x,直接繪制 x-t 圖象3. 利用牛頓第二定律求解實(shí)驗(yàn)中的某些參量,確定某些規(guī)律1. 用傳感器與計(jì)算機(jī)相連,直接得

25、出小車的加速度2. 圖象法處理數(shù)據(jù)時(shí),用鉤碼的質(zhì)量 m 代替合力 F,即用 a-m 圖象代替 a-F 圖象目 錄考點(diǎn)巧講知識(shí)課前自測第37頁(續(xù)表)實(shí)驗(yàn)裝置圖創(chuàng)新/改進(jìn)點(diǎn)1. 用光電門代替打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,遮光條結(jié)合光電門測得物塊的初速度和末 速度,由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求出加速度2. 結(jié)合牛頓第二定律,該裝置可以測出動(dòng)摩擦因數(shù)彈簧測力計(jì)測量小車所受的拉力,鉤碼的質(zhì)量不需要遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量,更 無需測鉤碼的質(zhì)量目 錄考點(diǎn)巧講知識(shí)課前自測第38頁(續(xù)表)實(shí)驗(yàn)裝置圖創(chuàng)新/改進(jìn)點(diǎn)1. 氣墊導(dǎo)軌代替長木板,無需平衡摩擦力2. 力傳感器測量滑塊所受的拉力,鉤碼的質(zhì)量不需要遠(yuǎn)小于滑塊質(zhì)量,更 無需測鉤碼的質(zhì)量3. 用光電門

26、代替打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,遮光條結(jié)合光電門測得滑塊的末速度,由刻 度尺讀出遮光條中心初始位置與光電門之間的距離,由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求出加速度目 錄考點(diǎn)巧講知識(shí)課前自測第39頁例 4 (所示的實(shí)驗(yàn)裝置,其中 M 為小繩中的拉力大小。圖1目 錄考點(diǎn)巧講知識(shí)課前自測第40頁(1)實(shí)驗(yàn)時(shí),一定要進(jìn)行的操作是 BC。A. 用天平測出砂和砂桶的總質(zhì)量B. 將帶滑輪的長木板右端墊高,以平衡摩擦力圖2C. 小車靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,先接通電源,再釋放小車,打出一條紙帶,同時(shí)記錄力傳感器的示數(shù)D. 為減小誤差,實(shí)驗(yàn)中一定要保證砂和砂桶的總質(zhì)量 m 遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量 M(2)甲同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中得到如圖 2 所示的一條紙帶(兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有四

27、個(gè)點(diǎn)沒有畫出),已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器采用的是頻率為 50 Hz 的交流電,根據(jù)紙帶可求出小車的加速度為 2.00m/s2(結(jié)果保留 3 位有效數(shù)字)。目 錄考點(diǎn)巧講知識(shí)課前自測第41頁(3)甲同學(xué)以力傳感器的示數(shù) F 為橫坐標(biāo),加速度 a 為縱坐標(biāo),畫出的 a-F 圖線是一條直線,如圖 3 所示,圖線與橫坐標(biāo)的夾角為 ,求得圖線的斜率為 k,則小車的質(zhì)量 M= C。A. 1B. 1-m0C.2-m0D.2tan tan (4)乙同學(xué)根據(jù)測量數(shù)據(jù)作出如圖 4 所示的 a-F 圖線,該同學(xué)做實(shí)驗(yàn)時(shí)存在的問題是 沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不夠。圖3圖4目 錄考點(diǎn)巧講知識(shí)課前自測第42頁(1)驗(yàn)證牛頓第二定

28、律的實(shí)驗(yàn)原理是 F=Ma,本題繩中拉力可以由力傳感器測出,不需要用天平測出砂和砂桶的質(zhì)量,也就不需要使砂和砂桶的總質(zhì)量 m 遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量 M,A、D 兩項(xiàng)錯(cuò)誤;用力傳感器測量繩子的拉力,則力傳感器示數(shù)的 2 倍等于小車受到的合外力大小,需要平衡摩擦力,B 項(xiàng)正確釋放小車之前應(yīng)先接通電源,待打點(diǎn)穩(wěn)定后再釋放小車,該實(shí)驗(yàn)還需要記錄力傳感器的示數(shù),C 項(xiàng)正確(2)由逐差法計(jì)算小車的加速度,由圖 2 可得 a=(34 +45 +56 )-(01 +12 +23 )2.00 m/s2。(3)2(3)對小車與滑輪組成的系統(tǒng),由牛頓第二定律得 a= 2F,圖線的斜率為 k,則 k= 2,故小車 0 +M

29、 0 +M的質(zhì)量 M=2-m0,C 項(xiàng)正確。(4)圖線在 F 軸上的截距不為零,說明力傳感器顯示有拉力時(shí),小車仍然靜止,這是沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不夠造成的。目 錄考點(diǎn)巧講知識(shí)課前自測第43頁變式 2 (2019 年山東泰安一模)用如圖 1 所示裝置測量滑塊的質(zhì)量 M(含遮光條),已知實(shí)驗(yàn)中所用鉤碼的質(zhì)量均為 m0,重力加速度未知。請完成下列填空:(1)將兩光電門固定在氣墊導(dǎo)軌上。讀出兩光電門之間的距離 L;用游標(biāo)卡尺測出遮光條的寬度 d示數(shù)如圖 2 所示,則 d= 0.505cm。圖1圖2目 錄考點(diǎn)巧講知識(shí)課前自測第44頁(2) 閉合(3) 將細(xì)線的一端拴接在滑軌道平行。(4) 釋放滑塊

30、,記錄滑塊通過光電門的時(shí)間 t1、t2,計(jì)算出滑塊的加速t2、L、d 表示)。(5) 依次添加砝碼,重復(fù)上述過程幾次,記錄相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并計(jì)算出滑塊相應(yīng)的加速度。22 2- 1 211(6)以鉤碼質(zhì)量的倒數(shù)為橫軸,加速度的倒數(shù)為縱軸,建立直角 坐標(biāo)系,利用以上數(shù)據(jù)畫出如圖 3 所示的圖線,若該直線的斜率為 k,縱軸截距為 b,則滑塊的質(zhì)量 M= 。圖3目 錄考點(diǎn)巧講知識(shí)課前自測第45頁(2)游標(biāo)卡尺測出遮光條的寬度 d=0.5 cm+0.05 mm1=0.505 cm。22 - (4)滑塊經(jīng)過兩個(gè)光電門的速度分別為 v1=,v2=,根據(jù) 2- 2=2aL 得 a=。2121122(6)根據(jù)牛頓第

31、二定律有 mg-T=ma, T=Ma,解得 mg-Ma=ma,變形可得1= 1 +1,則1- 1 圖線 的縱截距1=b,斜率=k,解得 M=kg=。目 錄考點(diǎn)巧講知識(shí)課前自測第46頁思維拓展動(dòng)摩擦因數(shù)的測定本實(shí)驗(yàn)的命題常被進(jìn)行拓展,以“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”為背景,測量物塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)。例 5(2019 年全國卷,T22)如圖 1,某同學(xué)設(shè)計(jì)了測量鐵塊與木板間動(dòng)摩擦因數(shù)的實(shí)驗(yàn)。所用器材有:鐵架臺(tái)、長木板、鐵塊、米尺、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、頻率 50 Hz 的交流電源、紙帶等?；卮鹣铝袉栴}:圖1目 錄考點(diǎn)巧講知識(shí)課前自測第47頁sin-(1) 鐵塊與木板間動(dòng)摩擦因數(shù) = cos(用木板與水平面的夾角 、重力加速度 g 和鐵塊下滑的加速度 a 表示)。(2) 某次實(shí)驗(yàn)時(shí),調(diào)整木板與水平面的夾角使 =30。接通電源,開啟打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,釋放鐵塊,鐵塊從靜止開始沿木板滑下。多次重復(fù)后選擇點(diǎn)跡清晰的一條紙帶,如圖 2 所示。圖中的點(diǎn)為計(jì)數(shù)點(diǎn)(每兩個(gè)相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有 4 個(gè)點(diǎn)未畫出)。重力加速度為 9.80 m/s2。可以計(jì)算出鐵塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)為 0.35(結(jié)果保留 2 位小數(shù))。