2019版物理高考创新大一轮复习备考全国通用版讲义：第三章　牛顿运动定律+实验四+Word版含答案.docVIP

实验四　验证牛顿运动定律 注意事项 1.实验方法：控制变量法。 2.平衡摩擦力：不悬挂小盘，但小车连着纸带 3.不重复：不重复平衡摩擦力。 4.实验条件：M?m。小盘和砝码的总重力才可视为小车受到的拉力。 5.一先一后一按住：先接通电源，后放小车，且在小车到达滑轮前按住小车。 6.作图：作图时两轴标度比例要适当，各量须采用国际单位。 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都会引起误差。 热点一　教材原型实验 【例1】　为了“探究加速度与力、质量的关系”，现提供如图1所示的实验装置： 图1 (1)以下实验操作正确的是(　　) A.将木板不带滑轮的一端适当垫高，使小车在砝码及砝码盘的牵引下恰好做匀速运动 B.调节滑轮的高度，使细线与木板平行 C.先接通电源，后释放小车 D.实验中小车的加速度越大越好 (2)在实验中得到一条如图2所示的纸带，已知相邻计数点间的时间间隔为T＝0.1 s，且间距x1、x2、x3、x4、x5、x6已量出分别为3.09 cm、3.43 cm、3.77 cm、4.10 cm、4.44 cm、4.77 cm，则小车的加速度a＝________m/s2。(结果保留2位有效数字) 图2 (3)有一组同学保持小车及车中的砝码质量一定，探究加速度a与所受外力F的关系，他们在轨道水平及倾斜两种情况下分别做了实验，得到了两条a－F图线，如图3所示。图线________是在轨道倾斜情况下得到的(填“”或“”)；小车及车中砝码的总质量m＝________kg。 图3 解析　(1)将不带滑轮的木板一端适当垫高，在不挂钩码的情况下使小车恰好做匀速运动，以使小车的重力沿斜面的分力和摩擦力抵消，那么小车的合力就是细线的拉力，故选项A错误；细线的拉力为小车的合力，所以应调节定滑轮的高度使细线与木板平行，故选项B正确；实验时，应使小车靠近打点计时器由静止释放，先接通电源，后释放小车，故选项C正确；实验时，为了减小实验的误差，小车的加速度应适当大一些，但不是越大越好，故选项D错误。 (2)根据逐差法得a＝＝0.34 m/s2。 (3)由图线可知，当F＝0时，a≠0，也就是说当细线上没有拉力时小车就有加速度，所以图线是轨道倾斜情况下得到的，根据F＝ma得a－ F图象的斜率k＝，由a－F图象得图象斜率k＝2，所以m＝0.5 kg。 答案　(1)BC　(2)0.34　(3)　0.5 【变式训练1】　(2017·淮南模拟)某实验小组利用如图4甲所示的装置进行“探究加速度与合外力的关系”的实验。 (1)在实验中必须平衡摩擦力，以________平衡摩擦力，当小车________运动时，摩擦力恰好被平衡。 (2)为了减小误差，在平衡摩擦力后，每次实验必须通过改变钩码的个数来改变小车所受合外力，获取多组数据。若小车质量为400 g，实验中每次所用的钩码总质量范围应选________组会比较合理。(填选项前的字母) A.10～40 g B.200～400 g C.1 000～2 000 g (3)实验中打点计时器所使用的是________(选填“交流”或“直流”)电源，频率为50 Hz，图乙中给出的是实验中获取的纸带的一部分：1、2、3、4、5是计数点，每相邻两计数点间还有4个打点未标出，每两个计数点间的时间间隔是________s，由该纸带可求得小车的加速度a＝________m/s2。(结果保留2位小数) (4)改变钩码的个数重复实验，得到加速度a与合外力F的关系如图丙所示，分析线段OA，可得出实验的结论是________________________________________。 图4 答案　(1)倾斜木板　匀速直线　(2)A　(3)交流　0.1　1.07　(4)在质量不变的条件下，物体的加速度与合外力成正比 热点二　实验拓展创新 1.实验器材的改进 (1)气垫导轨(不用平衡摩擦力)长木板(如图5) 图5 (2)利用光电门测速度(如图6) 图6 (3)利用位移传感器测位移(如图7) 图7 2.数据测量的改进 3.实验的拓展延伸 以“探究加速度与力、质量的关系”为背景测量物块与木板间的动摩擦因数。 【例2】　在用DIS研究小车加速度与外力的关系时，某实验小组先用如图8a所示的实验装置，重物通过滑轮用细线拉小车，在小车和重物之间接一个不计质量的微型力传感器，位移传感器(发射器)随小车一起沿水平轨道运动，位移传感器(接收器)固定在轨道一端，实验中力传感器的拉力为F，保持小车[包括位移传感器(发射器)]的质量不变，改变重物重力重复实验若干次，得到加速度与外力的关系