教科版 (2019)必修 第一册3 牛顿第二定律优质课ppt课件

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专题强化14　实验：验证牛顿第二定律
1.进一步理解探究加速度与力、质量的关系的实验方法。2.会利用牛顿第二定律分析实验数据和实验误差。
在“验证牛顿第二定律”实验中需注意以下几个方面：1.平衡阻力：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和纸带受到的阻力，在平衡阻力时，不要把悬挂槽码的细绳系在小车上，让小车拉着打点的纸带匀速运动。2.不重复平衡阻力。3.实验条件：小车的质量m远大于槽码的质量m′。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量靠近打点计时器，并应先接通电源，后释放小车，且应在小车到达定滑轮前按住小车。
5.作图像时，要使尽可能多的点在所作直线上，不在直线上的点应尽可能均匀分布在所作直线两侧。6.作图时两坐标轴标度比例要选择适当。各量需采用国际单位。
某实验小组利用如图所示的装置探究加速度与力、质量的关系。
(1)下列做法正确的是________(填字母代号)。A.调节滑轮的高度，使牵引木块的细 绳与长木板保持平行B.在调节木板倾斜度来平衡木块受到 的阻力时，将装有砝码的砝码桶通 过定滑轮拴在木块上C.实验时，先放开木块再接通打点计时器的电源D.通过增减木块上的砝码改变质量时，不需要重新调节木板倾斜度
实验中细绳要保持与长木板平行，A项正确；平衡阻力时不能将装有砝码的砝码桶通过定滑轮拴在木块上，B项错误；
实验时应先接通打点计时器的电源再放开木块，C项错误；通过增减木块上的砝码改变质量时，不需要重新平衡阻力，D项正确。
(2)为使砝码桶及桶内砝码的总重力在数值上近似等于木块运动时受到的拉力，应满足的条件是砝码桶及桶内砝码的总质量________木块和木块上砝码的总质量。(选填“远大于”“远小于”或“近似等于”)
(3)甲、乙两同学在同一实验室，各取一套如图所示的装置放在水平桌面上，木块上均不放砝码，在没有平衡阻力的情况下，研究加速度a与拉力F的关系，分别得到图中甲、乙两条直线。设甲、乙用的木块质量分别为m甲、m乙，甲、乙用的木块与木板间的动摩擦因数分别为μ甲、μ乙，由图可知，m甲________m乙，μ甲________μ乙。(选填“大于”“小于”或“等于”)
(2022·日照市高二开学考试)某物理社团应用如图甲所示的装置探究加速度与力、质量的关系，打点计时器所接交流电源的频率为50 Hz。
(1)对小车进行平衡摩擦力时，下列说法正确的是____。A.在空沙桶的牵引下，轻推一下小车，使小车做匀速直线运动B.每一次都要保证小车从同一位置由静止释放C.每改变一次小车的质量，都需要改变垫入的薄木片的高度D.改变沙桶内沙的质量，不需要重新改变垫入的薄木片的高度
对小车进行平衡摩擦力时，使小车所受重力沿木板方向的分力与小车所受的阻力平衡即可，故需要把木板没有定滑轮一端垫起适当高度，取下沙和沙桶，然后轻推小车，使小车做匀速直线运动；平衡摩擦力后，每次改变小车的质量或者改变沙桶内沙的质量，均不需要重新改变垫入的薄木片的高度，故A、C错误，D正确；平衡摩擦力时，不需要每一次都要保证小车从同一位置由静止释放，故B错误。
(2)保持沙桶的质量不变，通过增加小车中的砝码改变小车的质量M，分别测得小车不同质量时对应的加速度a，数据如下表所示。
检查时发现漏掉记录其中的一个加速度数据，于是同学们找出对应的纸带如图乙所示，相邻两个计数点间的距离已标在图上(每两个相邻计数点之间还有4个点未画出)，测得该纸带对应的加速度a＝________ m/s2。
依题意，根据逐差法，可求得该纸带对应的加速度大小为
(3)根据表格中的数据，在图丙上作出小车的加速度a与其质量M之间的关系图线，根据作出的图线________(选填“能”或“不能”)判断小车的加速度a与质量M的定量关系。
根据表格中的数据，描点连线，作出小车的加速度a与其质量M之间的关系图线如图所示，根据F＝Ma可知，小车加速度a与质量M成反比，而反比例函数图像是曲线，由于作出的图线也为曲线，故很难判断小车的加速度a与质量M的定量关系。
(4)保持小车的质量M不变，通过添加沙桶内沙的质量，分别测得沙与沙桶的质量m以及对应的小车加速度a，作出小车运动的加速度a和所受的拉力F的关系图像如图丁所示。不断增加沙桶内沙的质量，a－F图线明显弯曲，加速度a趋向于______(已知g为重力加速度大小)。
根据牛顿第二定律有mg－F＝maF＝Ma
当不断增加沙桶内沙的质量，即当m≫M时，则a－F图线明显弯曲，加速度a趋向于g。
1.某同学利用如图所示的实验装置做“探究加速度与力、质量的关系”的实验。(1)如图为实验中打出的一条纸带的一部分，纸带上标出了连续的5个计数点，依次为A、B、C、D和E，相邻计数点之间还有4个点没有标出，已知打点计时器所使用的交流电源的频率为50 Hz。由纸带量出相邻的计数点之间的距离分别为xAB＝4.22 cm、xBC＝4.65 cm、xCD＝5.08 cm、xDE＝5.49 cm，打点计时器打下C点时，小车的速度大小为________ m/s，小车的加速度大小为_______ m/s2。(结果均保留两位有效数字)
两计数点间的时间间隔T＝0.1 s，C点的瞬时速度等于BD段的平均速度，故有：
根据逐差法求得加速度大小为：
(2)某同学探究“保持物体所受合外力不变，其加速度与质量的关系”时，作出如图所示的图像，由图像可知，小车受到的合外力的大小是____ N。
2.在做“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，保持小车和砝码的总质量不变，测得小车的加速度a和拉力F的数据如表所示。
(1)根据表中的数据在如图所示的坐标系中作出a－F图像。
根据所给数据在所给坐标系中准确描点，作出的a－F图像如图所示。
(2)图像斜率的物理意义是__________________________。
小车和砝码总质量的倒数
根据F＝Ma及(1)中图像可以判断图像斜率表示小车和砝码总质量的倒数。
(3)小车和砝码的总质量为_____ kg。
(4)图线(或延长线)在F轴上的截距的物理意义是_____________________。
小车受到的阻力为0.1 N
由a－F图像可知，当力F＝0.1 N时，小车开始运动，说明小车受到的阻力为0.1 N。
3.(2022·烟台市高一期末)做“探究加速度与力、质量的关系”实验时，某实验小组采用如图甲所示的实验装置。实验小组在长木板上B点处安装了一个光电门，在小车上固定一遮光条，宽度为d，一端连着小车的细线，另一端绕过定滑轮与力传感器相连，力传感器下方悬挂槽码。
(1)下列实验操作和要求必要的是______(选填选项前的字母)；A.该实验操作前要平衡阻力B.该实验操作前不需要平衡阻力C.应使A位置与光电门之间的距离适当大些D.应使小车质量远大于槽码和力传感器的总 质量
该实验操作前要平衡阻力，使细线的拉力等于小车所受的合外力，故A正确，B错误；应使A位置与光电门之间的距离适当大些，故C正确；
力传感器可以直接读取拉力，故不需要满足小车质量远大于槽码和力传感器的总质量，故D错误；
(2)实验时，在力传感器下端挂上槽码，另一端通过细线连接小车。调节木板上定滑轮的高度，使牵引小车的细线与木板平行。将小车从长木板上的A点处由静止释放，
读出遮光条通过B点处光电门的时间t和力传感器示数F，用毫米刻度尺量出小车释放点A点处到B点处光电门的距离L，根据以上测量数据计算得出加速度的表达式为________(用题中测量的物理量字母表示)；
由于遮光条通过光电门的时间极短，可以用平均速度表示瞬时速度，故小车过B点时的速度
根据速度位移关系公式有vB2＝2aL
(4)实验小组根据记录的多组F的实验数据和计算得到的加速度a的数值，画出了如图乙所示的a－F图像。图像不过原点的主要原因是______________，为了使实验结果更准确，需要把甲图中的垫块向_____(选填“右”或“左”)移动。
(3)保持小车的质量不变，通过增加槽码的个数来改变小车所受合外力大小，重复实验几次，记录多组实验数据。
根据题图可知，拉力达到一定值，才有加速度，所以不过原点的主要原因是平衡阻力时，木板倾角偏小，即平衡阻力不足，为了使实验结果更准确，需要把题图甲中的垫块向右移动。
4.(2022·济宁市高一检测)某同学利用如图甲所示的实验装置进行了“探究加速度与力、质量的关系”的实验，该同学在钩码上方加装了一个力传感器，可以显示上方细线拉力的大小。图乙是某一次打点计时器打出的一条记录小车运动的纸带。取计数点A、B、C、D、E，且相邻两计数点间还有4个计时点没有标出，计数点间的距离如图乙所示，电源的频率为50 Hz。
(1)实验中，下列说法正确的是________。A.实验时应先接通电源后释放小车B.与小车相连的细线必须与木板平行C.实验中小车的质量应远大于钩码的质量D.每次改变小车质量时，应重新平衡阻力
打点计时器使用时应该先接通电源，再释放小车，故A正确；实验时细线必须与木板平行，B正确；
在钩码上方有力传感器，可以直接测量细线上的拉力，所以不需要满足小车的质量远大于钩码的质量，C错误；平衡阻力之后不需要重新平衡阻力，D错误。
(2)由图乙可求得小车运动的加速度大小a＝______ m/s2(结果保留三位有效数字)。
两相邻计数点间的时间间隔为T＝0.1 s，
(3)该同学在实验前没有测量小车的质量，也忘记平衡阻力，在保持小车的质量不变的情况下，进行了多次实验，得到了如图丙所示的图像，根据图像可求得小车的质量为____ kg。
在a－F图像中，斜率表示小车质量的倒数，故
5.在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，某同学使用了如图所示的装置，木板放在水平桌面上，打点计时器打点频率为50 Hz。
(1)实验中得到如图所示的一段纸带，每五个点取一个计数点，测得AB＝7.65 cm，BC＝10.17 cm，则实验测出小车的加速度大小为________ m/s2。
＝2.52 m/s2。
(2)若直接按题中所示装置进行实验，以砂和砂桶的总重力产生的拉力F为横轴，通过纸带分析得到的加速度a为纵轴，以下画出的a－F图像合理的是____。
若直接按题图所示装置进行实验，没有平衡阻力，则当力F达到某一值时，小车才有加速度，可知画出的a－F图像合理的是C。
(3)实验中，砂和砂桶的总重力________(填“大于”“小于”或“等于”)绳子对小车的拉力，为了让砂和砂桶的总重力大小更接近绳子对小车的拉力，应让砂和砂桶的总质量________(填“远大于”或“远小于”)小车的质量。
实验中，我们认为绳子对小车的拉力的大小等于砂和砂桶(其总质量为m)的总重力的大小，而实际上绳子的拉力T＝mg－ma，故绳子对小车的拉力小于砂和砂桶的总重力。为了让砂和砂桶的总重力大小更接近绳子对小车的拉力大小，应让砂和砂桶的总质量远小于小车的质量。
(4)若第(2)问中四个图像中的图线(B、C图线中的直线部分)的斜率为k，则小车的质量M＝____。
6.(2022·长治市第二中学高一开学考试)为了探究质量一定时加速度与力的关系，一同学设计了如图所示的实验装置。其中M为带滑轮的小车的质量，m为砂和砂桶的质量。(滑轮质量不计)
(1)实验时，一定要进行的操作是_______。A.用天平测出砂和砂桶的质量B.将带滑轮的长木板右端垫高，以 平衡阻力C.小车靠近打点计时器，先接通打点计时器的电源，再释放小车，打出 一条纸带，同时记录弹簧测力计的示数D.改变砂和砂桶的质量，打出几条纸带E.为减小误差，实验中一定要保证砂和砂桶的质量m远小于小车的质量M
本题拉力可以由弹簧测力计测出，不需要用天平测出砂和砂桶的质量，也就不需要使砂和砂桶的质量远小于车的质量，故A、E错误；
该题是弹簧测力计测出拉力，从而表示小车受到的合外力，应将带滑轮的长木板右端垫高，以平衡阻力，故B正确；小车靠近打点计时器，打点计时器使用时，都是先接通电源，待打点稳定后再释放纸带，该实验探究加速度与力和质量的关系，要记录弹簧测力计的示数，故C正确；改变砂和砂桶的质量，即改变拉力的大小，打出几条纸带，研究加速度随F变化的关系，故D正确。
(2)该同学在实验中得到如图所示的一条纸带(两计数点间还有两个点没有画出)，已知打点计时器采用的是频率为50 Hz的交流电，根据纸带可求出小车的加速度为_____ m/s2(结果保留两位有效数字)。
由于两计数点间还有两个点没有画出，相邻计数点之间的时间间隔T＝0.06 s根据逐差法Δx＝aT2
(3)以弹簧测力计的示数F为横轴，加速度为纵轴，画出的a－F图像是一条直线，如图所示，图线与横轴的夹角为θ，求得图线的斜率为k，则小车的质量为____。