【教育资料】2018届高考物理三轮冲刺导学案---验证牛顿运动定律学习精品.pdf

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1、教育资源 教育资源 三轮冲刺导学案-验证牛顿运动定律 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物理问题的方法。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 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，确定加速度与质量的关系。3作出aF图象和am1图象，确定其关系。三、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、导线两根、纸带、天平、米尺。四、实验步骤 1用天平测出小车和盛有砝码的小盘的质量m和m，把数据记录在表格中。2把实验器材安装好，平衡摩擦力。3在小盘里放入适量的砝码，把砝码和小盘的质

2、量m记录在表格中。4保持小车的质量不变，改变砝码的质量，按上面步骤再做 5 次实验。5算出每条纸带对应的加速度的值并记录在表格中。6用纵坐标表示加速度a，横坐标表示合外力，即砝码和小盘的教育资源 教育资源 总重力mg，根据实验数据在坐标平面上描出相应的点，作图线。7用纵坐标表示加速度a，横坐标表示小车质量的倒数，在坐标系中根据实验数据描出相应的点并作图线。五、数据处理 1利用 x=aT2及逐差法求a。2以a为纵坐标，F为横坐标，根据各组数据描点，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，m1为横坐标，描点、连线，如果该线过原点，就能判定a与m成反比。六、误差分析 1因实

3、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。七、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受到的阻力。在平衡摩擦力时，不要把悬挂小盘的细绳系在小车上，让小车拉着打点的纸带匀速运动。2不重复平衡摩擦力。3实验条件：mm。4一先一后一按：改变拉力和小车质量后，每次开始时小车应尽教育资源 教育资源 量靠近打点计时器，并应先接通电源，再释放小车，且应在小车到达滑轮前按住小车。典例精析 1、

4、某同学用如图所示的实验装置验证牛顿第二定律，请回答下列有关此实验的问题：（1）该同学在实验前准备了图中所示的实验装置及下列辅助器材：A交流电源、导线 B天平（含配套砝码）C秒表 D刻度尺 E细线、砂和小砂桶 其中不必要的器材是 （填代号）。（2）打点计时器在小车拖动的纸带上打下一系列点迹，以此记录小车的运动情况。其中一部分纸带上的点迹情况如图甲所示，已知打点计时器打点的时间间隔T=0.02 s，测得A点到B、C点的距离分别为x1=5.99 cm、x2=13.59 cm，则在打下点迹B时，小车运动的速度vB=m/s；小车做匀加速直线运动的加速度a=m/s2。（结果保留三位有效数字）（3）在验证“

5、质量一定，加速度a与合外力F的关系”时，某学生根据实验数据作出了如图乙所示的a-F图象，其中图线不过原点的原因是 ，图线在末端教育资源 教育资源 弯曲的原因是 。【答案】（1）C （2）0.680 1.61 （3）平衡摩擦力过度 砂和小砂桶的总质量m不远小于小车和砝码的总质量M【解析】（1）由于打点计时器就是一个计时装置，所以不需要秒表；（2）由图中知T=0.1 s，匀变速直线运动的平均速度等于时间中点的瞬时速度，22BxvT=0.680 m/s，由2xaT 知，2211()xxxaT，解得2122xxaT，由题中x1=5.99 cm、x2=13.59 cm，代入上式解得a=1.61 m/s2

6、。（3）由题图乙知，当F=0 时，a0，说明重力的分力产生了加速度，原因是平衡摩擦力过度，所以图线不过原点的原因是平衡摩擦力过度；以小车、砂和小砂桶整体为研究对象得：()mgMm a，以小车为研究对象得FMa，联立解得11MFmgmgmMmM，当Mm时Fmg，在图线中，F越大，mg越大，就越不满足Mm的条件，所以图线在末端弯曲。2、如图为“验证牛顿第二定律”的实验装置示意图。盘和重物的总质量为m，小车和砝码的总质量为M。实验中用盘和重物总重力的大小作为细线对小车拉力的大小。（1）实验中，为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力，先调节长木板一端定滑轮的高度，使细线与长木板平行。接下来还需要进

7、行的一项操作是 （填写所选选项的序号）。A将长木板水平放置，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，给教育资源 教育资源 打点计时器通电，调节m的大小，使小车在盘和重物的牵引下运动，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动 B将长木板的右端垫起适当的高度，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，撤去盘和重物，给打点计时器通电，轻推小车，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动 C将长木板的右端垫起适当的高度，撤去纸带以及盘和重物，轻推小车，观察判断小车是否做匀速运动（2）实验中要进行质量m和M的选取，以下最合理的一组是 。AM=20 g，m=10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、40 g BM=200

8、 g，m=20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 g CM=400 g，m=10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、40 g DM=400 g，m=20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 （3）如图是实验中得到的一条纸带，A、B、C、D、E、F、G为 7 个相邻的计数点，量出相邻的计数点之间的距离分别为x1、x2、x3、x4、x5、x6。已知相邻的计数点之间的时间间隔为T，关于小车的加速度a的计算方法，产生误差较小的算法是（）A212Txx B256453423125Txxxxxxxxxx C2165Txx D21425369Txxxxxx【答

9、案】（1）B （2）C（3）D【解析】（1）平衡摩擦力既要平衡纸带和打点计时器之间的摩擦，还有平衡小车和木板之间的摩擦，所以平衡摩擦力时一定要连上纸教育资源 教育资源 带，在没有拉力作用下若能匀速直线运动，说明摩擦力已经平衡，要保证没有拉力，就要去除盘和重物。（2）实验设计中以砝码和盘的重力作为小车合力，事实上，小车和砝码盘一起运动，加速度mgamM，绳子拉力即小车合力1M mgmgFM amMmM，只有当mM时，绳子拉力才近似等于砝码和盘的重力，对照选项符合mM只有选项 C。（3）根据2xat，纸带数据给出 6 个连续的间距，任意两个都可以计算出加速度，但是不够准确，有误差，所以选择六个数据

10、都用上，2413xxat，2523xxat，2633xxat，整理可得63524129xxxxxxaT，选项 D对。对点训练 1某实验小组在实验室做“验证牛顿运动定律”实验：（1）甲同学在验证加速度和物体的质量的关系时，控制物体所受合外力不变。实 验 中，描ma1图 象 而 不 描a-m图 象 的 理是 。根据实验数据得到ma1图象如图所示，由此你得出的结论为 。（2）乙同学在保持小车质量不变的情况下，通过多次改变对小车的拉力，由实验数据作出的aF图象如图乙所示，图象与a轴的截距的物理意义是 教育资源 教育资源 ；小车的质量为 kg。（保留两位有效数字）【答案】（1）am的图线为曲线、不便于发

11、现规律，而ma1图线为直线，偏于发现规律 合外力不变时，加速度与质量成反比 （2）不加外力时，重力的分力与摩擦力的合力产生的加速度 1.8（1.71.9 均正确）【解析】（1）实验中，描ma1图象而不描am图象的理是，am的图线为曲线、不便于发现规律，而ma1图线为直线，便于发现规律；根据实验数据得到ma1图象如题图甲所示，由此得出的结论为，合外力不变时，加速度与质量成反比。（2）图象与a轴的截距的物理意义是，不加外力时，重力的分力与摩擦力的合力产生的加速度。图线的斜率的倒数为小车的质量，即4.81.8 kg2.90.3m。2在“验证牛顿运动定律”的实验中，采用如图所示的实验装置，小车及车中砝

12、码的质量用M表示，盘及盘中砝码的质量用m表示，小车的加速度可由小车后拖动的纸带打上的点计算出。在利用打点计时器和小车做“探究加速度与力、质量的关系”的实验时，（1）下列说法中正确的是_。A平衡摩擦力时，应将砝码盘及盘内砝码通过定滑轮拴在小车上 B连接砝码盘和小车的细绳应与长木板保持平行 C平衡摩擦力后，长木板的位置不能移动 教育资源 教育资源 D小车释放前应靠近打点计时器，且应先接通电源再释放小车（2）当M与m的大小关系满足_时，才可以认为绳对小车的拉力大小等于盘及盘中砝码的重力。（3）一组同学在做加速度与质量的关系实验时，保持盘及盘中砝码的质量一定，改变小车及车中砝码的质量，测出相应的加速度

13、，采用图象法处理数据。为了比较容易地检查出加速度a与质量M的关系，应该做a与_的图象。（4）如图（a），甲同学根据测量数据做出的aF图线，说明实验存在的问题是_。（5）乙、丙同学用同一装置做实验，画出了各自得到的aF图线，如图（b）所示，两个同学做实验时的哪一个物理量取值不同的是_。【答案】（1）BCD （2）Mm （3）1M （4）平衡摩擦力时木板倾角过大 （5）两小车及车上砝码的总质量不同【解析】（1）平衡摩擦力时，应将绳从小车上拿去，轻轻推动小车，小车沿木板运动，通过打点计时器打出来的纸带判断小车是否匀速运动，故 A错误；若连接砝码盘和小车的细绳与长木板不保持平行，则细绳的拉力分力不等于

14、小车的外力，这样导致误差增大，故 B正确；每次改变小车的质量时，小车的重力沿斜面分力和摩擦力仍能抵消，以防摩擦力不再平衡，故 C正确；实验时，应先放开小车，再接通打点计时器电源，由于小车运动较快，可能会使打出教育资源 教育资源 来的点很少，不利于数据的采集和处理，同时要求开始小车要靠近打点计时器，故 D正确。（2）以整体为研究对象有()mgmM a，解得mgamM，以M为研究对象有细绳的拉力1mgFMamM，显然要有F=mg，必有M与m的大小关系满足Mm，才能保证绳子的拉力等于砝码的重力。（3）由牛顿第二定律可知加速度与质量成反比，而反比例函数图象是曲线，不容易判断自变量与因变量之间的关系，故

15、不能做的图象。但FaM，故a与1M成正比，而正比例函数图象是过原点的一条直线，就比较容易判断自变量与因变量之间的关系，故作a1M的图象。（4）图中没有拉力时产生了加速度，说明平衡摩擦力时木板倾角过大。（5）由题中图（b）知在拉力相同的情况下，a乙a丙，根据F=ma，可得Fma，aF图象的斜率等于物体的质量，且m乙m丙，故两同学的实验中小车及车上砝码的总质量不同。3某同学在实验室用如图所示的装置来研究牛顿第二定律的问题。（1）为了尽可能减少摩擦力的影响，需要将长木板的右端垫高，直到在没有沙桶拖动下，小车拖动穿过计时器的纸带时，能在纸带上 。（2）在_条件下，可以认为绳对小车的拉力近似等于教育资源

16、 教育资源 沙和沙桶的总重力。（3）在此实验中，此同学先接通计时器的电源，再放开纸带，如图是在m=100 g，M=1 kg 情况下打出的一条纸带，O为起点，A、B、C为过程中的三个相邻的计数点，相邻的计数点之间有四个点没有标出，有关数据如图所示，其中hA=42.05 cm，hB=51.55 cm，hC=62.00 cm，则小车的加速度为 a=m/s2。（保留 2 位有效数字）（4）在“验证牛顿运动定律”的实验中，在研究加速度a与小车的质量M的关系时，由于没有注意始终满足（2）问的条件，结果得到的图象应是下图中的 【答案】（1）打出间距均匀的点 （2）沙桶质量远小于小车总质量 （3）0.95 （

17、4）D 【解析】（1）实验中要研究牛顿第二定律，需要平衡摩擦力，应通过右侧垫高的方法使小车受到的摩擦力与重力的分力相互平衡，平衡的依据就是在小车没有沙桶拖动下，小车做匀速直线运动，即小车拖动穿过计时器的纸带时，能在纸带上打出间距均匀的点；（2）在沙桶质量远小于小车总质量条件下，可以认为细绳对小车的拉力近似等于沙和沙桶的总重力。教育资源 教育资源 （3）小车的加速度为22222(62.0051.55)(51.5542.05)10m/s0.95 m/s0.1xat。（4）随着 1/M增大，小车质量在减小，因此小车质量不再满足远大于砂和小砂桶的质量，加速度不可能一直均匀增大，加速度的增大幅度将逐渐减小，最后趋近与定值g，故 ABC错误，D正确。4、（1）在研究小车的加速度a和小车的质量M的关系时，由于始终没有满足M远大于m（m为砂桶及砂桶中砂的质量）的条件，结果得到的图象应是如下图中的图_。（2）在研究小车的加速度a和拉力F的关系时，由于始终没有满足M远大于m的关系，结果应是下图中的图_。【答案】（1）D （2）D【解析】（1）当沙桶和沙的质量较小时，绳子的拉力可等于沙桶和沙的重力，当质量较大时，绳子的拉力与沙桶的总重力相差较大，所以加速度会偏小，并且质量越大，相差就越大，就会出现 D中的情况。（2）同理（1）。