牛頓運動定律第三章

實驗四驗證牛頓第二定律欄目導航01知識梳理查漏03配套訓練02題點

各個擊破知識梳理查漏1一、實驗目標1．學會用控制變量法研究物理規律．2．探究加速度與力、質量的關系．3．掌握靈活運用圖像處理數據的方法．二、實驗原理四、實驗操作1．用天平分別測出小車的質量M和小桶及細砂的質量m，把數值記錄下來．2．按圖所示把實驗器材安裝好．3．平衡摩擦力：在長木板不帶滑輪的一端下面墊上一塊薄木板，反復移動其位置，直至不掛小桶的小車剛好能在斜面上保持勻速運動為止．4．將小桶通過細繩系在小車上，將打點計時器接通電源，打點穩定后放開小車，使小車運動，用紙帶記錄小車的運動情況，取下紙帶，并在紙帶上標上號碼．5．保持小車的質量不變，改變小桶中的砂量，測量小桶與砂的質量并記錄，重復步驟4，每次記錄必須在相應的紙帶上做上標記，列表格將記錄的數據填寫在表內．6．在每條紙帶上選取比較理想的一段，測算出加速度a.7．建立坐標系，用縱坐標表示加速度，橫坐標表示力，在坐標系上描點，畫出相應的圖線以驗證a與F的關系．8．保持細砂及小桶的質量不變，改變小車的質量(在小車上增減砝碼)，重復上述步驟，驗證a與M的關系．五、注意事項1．平衡摩擦力在平衡摩擦力時，不要懸掛小桶，但小車應該連著紙帶且接通電源．用手給小車一個初速度，如果在紙帶上打出的點的間隔是均勻的，表示小車受到的阻力跟它的重力沿斜面向下的分力平衡．2．不重復平衡摩擦力平衡了摩擦力后，不管以后是改變小桶和砂的總質量，還是改變小車和砝碼的總質量，都不需要重新平衡摩擦力．3．實驗前提條件：M?m.只有如此，小桶和砂的總重力才可視為小車受到的拉力．4．“一先一后一按”改變拉力或小車質量后，每次開始時小車應盡量靠近打點計時器，并應先接通電源后再放開小車，且應在小車到達滑輪前按住小車．5．作圖作圖時兩軸標度比例要適當．各量須采用國際單位，并使盡可能多的點在所作的直線上，不在直線上的點盡可能對稱分布在直線的兩側，個別誤差較大的點應舍去．題點各個擊破2命題點一教材標準實驗的變形(2)乙圖與F軸相交，說明要施加一定的拉力后小車才開始加速，有阻力影響，產生原因是沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不夠．(3)丙圖與a軸相交，說明沒施加力時小車就加速了，產生原因要不就是平衡摩擦力過度，要不就是計算拉力時，只計算了砝碼的重力，沒有加上砝碼盤的重力．考查點1實驗操作例1

(多選)某同學設計了一個探究小車加速度a與小車所受拉力F及質量m關系的實驗，如圖所示為實驗裝置簡圖．他想用鉤碼的重力表示小車受到的合外力，為了減小這種做法帶來的實驗誤差，你認為下列說法正確的是

(

)A．要平衡摩擦力B．實驗時不需要平衡摩擦力C．鉤碼的重力要遠小于小車的重力D．進行實驗時應先釋放小車再接通電源【答案】AC考查點2數據和圖像分析例2某實驗小組利用如圖所示的裝置探究加速度與質量的關系．(1)下列操作中必要的是________(填字母代號)．A．調節滑輪的高度，使牽引小車的細線與長木板保持平行B．為減小系統誤差，應使砝碼與砝碼桶的質量遠小于小車質量C．調節木板的傾斜度以平衡摩擦力D．實驗時，先放開小車再接通打點計時器的電源(2)在紙帶上選取0、1、2、3四個計數點，測得的部分數據如圖甲所示．已知打點計時器使用的交流電頻率為50Hz，則計數點2對應的小車速度為______m/s，小車運動的加速度大小為______m/s2.(結果均保留2位有效數字)【答案】(1)ABC

(2)0.78

1.5

(3)0.20【解析】(1)調節滑輪的高度，使牽引木塊的細繩與長木板保持平行，保證小車運動過程中受到的合力不變，A正確；為減小系統誤差，應使砝碼與砝碼盤的質量遠小于小車質量，B正確；該實驗需要調節木板的傾斜度以平衡摩擦力，C正確；實驗時，不能先放開小車，再接通打點計時器電源，由于小車運動較快，可能會使打出來的點很少，不利于數據的采集和處理，同時要求開始時小車要靠近打點計時器，D錯誤．創新角度1實驗器材改進和操作創新例3

(2020年遼寧模擬)某實驗小組利用如圖所示的裝置進行驗證：當質量m一定時，加速度a與力F成正比關系，其中F＝m2g，m＝m1＋m2(m1為小車及車內砝碼的總質量，m2為桶及桶中砝碼的總質量)．命題點二實驗創新遷移具體做法是：將小車從A處由靜止釋放，用速度傳感器測出它運動到B處時的速度v，然后將小車內的一個砝碼拿到小桶中，小車仍從A處由靜止釋放，測出它運動到B處時對應的速度，重復上述操作．圖中A、B兩點相距x.(1)設加速度大小為a，則a與v及x間的關系式是______________．(3)下列措施能夠減小本實驗的誤差的是______(填序號)．A．實驗中必須保證m2?m1B．實驗前要平衡摩擦力C．細線在桌面上的部分應與長木板平行D．圖中A、B之間的距離x盡量小些【答案】(1)v2＝2ax

(2)A

(3)BC創新角度2實驗設計創新例4

(2021年全國甲卷)為測量小銅塊與瓷磚表面間的動摩擦因數，一同學將貼有標尺的瓷磚的一端放在水平桌面上，形成一傾角為α的斜面(已知sinα＝0.34，cosα＝0.94)，小銅塊可在斜面上加速下滑，如圖所示．該同學用手機拍攝小銅塊的下滑過程，然后解析視頻記錄的圖像，獲得5個連續相等時間間隔(每個時間間隔ΔT＝0.20s)內小銅塊沿斜面下滑的距離si(i＝1,2,3,4,5)，如下表所示．由表中數據可得，小銅塊沿斜面下滑的加速度大小為________m/s2，小銅塊與瓷磚表面間的動摩擦因數為________．(結果均保留2位有效數字，重力加速度大小取9.80m/s2)【答案】0.43

0.32s1s2s3s4s55.87cm7.58cm9.31cm11.02cm12.74cm1．(2020年北京卷)在“探究加速度與物體受力、物體質量的關系”實驗中，做如下探究：(1)為猜想加速度與質量的關系，可利用如圖甲所示裝置進行對比實驗．兩小車放在水平板上，前端通過鉤碼牽引，后端各系一條細線，用板擦把兩條細線按在桌上，使小車靜止．抬起板擦，小車同時運動，一段時間后按下板擦，小車同時停下．對比兩小車的位移，可知加速度與質量大致成反比．關于實驗條件，下列說法正確的是________．A．小車質量相同，鉤碼質量不同B．小車質量不同，鉤碼質量相同C．小車質量不同，鉤碼質量不同序號1234567a/(m·s－2)0.620.560.480.400.320.240.15M/kg0.250.290.330.400.500.711.00(3)在探究加速度與力的關系實驗之前，需要思考如何測“力”．請在圖丙中畫出小車受力的示意圖．為了簡化“力”的測量，下列說法正確的是__________(選填選項前的字母)．A．使小車沿傾角合適的斜面運動，小車受力可等效為只受繩的拉力B．若斜面傾角過大，小車所受合力將小于繩的拉力C．無論小車運動的加速度多大，砂和桶的重力都等于繩的拉力D．讓小車的運動趨近于勻速運動，砂和桶的重力才近似等于繩的拉力【答案】(1)B

(2)如圖(3)圖略A【解析】(1)為了探究加速度與質量的關系，必須控制小車所受拉力相同，而讓小車的質量不同，所以鉤碼質量相同，B正確．(3)使小車沿傾角合適的斜面運動，小車所受重力沿斜面的分力剛好等于小車所受的摩擦力，則小車受力可等效為只受繩的拉力，A正確；若斜面傾角過大，重力沿斜面的分力大于摩擦力，小車所受合力將大于繩的拉力，不利于簡化“力”的測量，B錯誤；由牛頓第二定律可知，無論小車運動的加速度多大，砂和桶的重力都大于繩的拉力，C錯誤；小車趨近于勻速運動時，砂和桶的重力等于摩擦力，D錯誤．2．(2021年湖南卷)某實驗小組利用圖甲所示裝置探究加速度與物體所受合外力的關系．主要實驗步驟如下：(1)用游標卡尺測量墊塊厚度，示數如圖乙所示，h＝__________cm.(2)接通氣泵，將滑塊輕放在氣墊導軌上，調節導軌至水平．(3)在右支點下放一墊塊，改變氣墊導軌的傾斜角度．(4)在氣墊導軌合適位置釋放滑塊，記錄墊塊個數和滑塊對應的加速度a.(5)在右支點下增加墊塊個數(墊塊完全相同)，重復步驟(4)，記錄數據如下表：n123456a/(m·s－2)0.0870.1800.260

0.4250.519根據表中數據在圖丙上描點，繪制圖線．如果表中缺少的第4組數據是正確的，其應該是__________(保留三位有效數字)．【答案】(1)1.02

(5)如圖所示0.342【解析】(1)根據游標卡尺讀數規則，墊塊厚度h＝10mm＋2×0.1mm＝10.2mm＝1.02cm.(5)利用描點法描出各點，再過盡可能多的點作直線，得出a－n圖像．由圖像上橫坐標n＝4對應點的縱坐標可知，表中缺失的數據為0.342m/s2.3．(2022年廣東調研)在“探究加速度與力、質量的關系”實驗中，將五輛質量均為M

的相同小車放在水平木板上，每輛小車前端系一條細線，每根細線的另一端跨過定滑輪掛質量為m

的小盤，在小車1～5的對應盤中分別放質量為m～5m

的砝碼．每輛小車后端系一條細線，用長木條將細線同時按壓在木板上，如圖所示．抬起長木條，五輛小車同時開始運動，按下長木條，五輛小車同時停下．用刻度尺分別測出小車移動的位移為x1、x2、x3、x4、x5.用小盤和砝碼的重力代替小車前端細線的拉力，重力加速度取g.回答下列問題：(1)實驗時，水平木板________(