人教版高考物理一轮复习第3章牛顿运动定律实验4验证牛顿运动定律课件

这是一份人教版高考物理一轮复习第3章牛顿运动定律实验4验证牛顿运动定律课件，共59页。PPT课件主要包含了控制变量法，质量M，小车受到的合力，考点一，教材原型实验，方法总结，平衡摩擦力过度，考点二，实验拓展创新，考点三等内容，欢迎下载使用。
1 实验知识·自主回顾
一、实验目的1．学会用控制变量法研究物理规律。2．学会灵活运用图像法处理物理问题。3．探究加速度与力、质量的关系，并验证牛顿第二定律。
二、实验原理如图所示，在探究加速度a与合力F及质量M的关系时，应用的基本方法是_____________，即先控制小车的质量M不变，讨论加速度a与______的关系；再控制小盘和盘中砝码的质量m不变，即力F不变，改变小车的质量M，讨论加速度a与________的关系。
三、实验步骤(1)称量质量：用天平测量小盘的质量和小车的质量M。(2)安装器材：按图把实验器材安装好，只是不把悬挂小盘的细绳系在小车上(即不给小车牵引力)。(3)平衡摩擦力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木块，使小车匀速下滑。这时，小车拖着纸带运动时受到的摩擦阻力恰好与小车所受的_______________________平衡。
重力沿斜面向下的分力　
(4)小盘通过细绳绕过滑轮系于小车上，先接通电源后放开小车，取下纸带编号码。(5)保持小车的质量M不变，改变小盘和盘中砝码的质量m，重复步骤(4)。(6)保持小盘和盘中砝码的质量m不变，改变小车质量M，重复步骤(4)。
小车和车中砝码质量的倒数　
小盘和盘中砝码的重力mg　
五、注意事项(1)平衡摩擦力中的“不重复”：平衡了摩擦力后，不管以后是改变小盘和砝码的总质量还是改变小车和砝码的总质量，都不需要重新平衡摩擦力。(2)操作中的“一先一后一按”：每次开始时小车应靠近打点计时器，并先接通电源，后放开小车，且应在小车碰到滑轮前按住小车。(3)作图中的“拟合与舍弃”：要使尽可能多的点在一条直线上，不在直线上的点也要尽可能均匀地分布在直线的两侧，遇到个别偏差较大的点应舍去。
本实验用小盘和盘中砝码的重力mg代替小车所受的拉力，而实际上小车所受的拉力要小于小盘和盘中砝码的重力。小盘和砝码的总质量越小，由此引起的误差就越小。(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产生误差。
2 核心考点·重点突破
(2020·重庆涪陵实验中学月考)如图1所示，为“探究加速度与力、质量的关系”实验装置及数字化信息系统获得了小车和砝码的加速度a与钩码的总质量及小车和砝码的总质量对应关系图。钩码的总质量为m1，小车和砝码的质量为m2，重力加速度为g。
(2)实验时，某同学由于疏忽，遗漏了平衡摩擦力这一步骤，测得F＝m1g，作出a－F图像，他可能作出图2中_____(填“甲”“乙”或“丙”)图线。此图线的AB段明显偏离直线，造成此误差的主要原因是____。A．小车与轨道之间存在摩擦B．轨道保持了水平状态C．钩码的质量太大D．所用小车和砝码的总质量太大
(1)没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够，在a－F图像横轴上有截距；(2)平衡摩擦力过度，在a－F图像纵轴上有截距；(3)钩码的质量没有远小于小车及车上砝码的总质量，则图像不是直线，而会发生弯曲。
验证牛顿运动定律实验误差分析
〔变式训练1〕如图甲所示为某同学设计的“探究加速度与物体所受合力F及质量m的关系”实验装置简图，在实验中认为细线对小车拉力F的大小等于砝码和砝码盘的总重力，小车运动的加速度a的大小可由纸带上的点求得。(1)实验过程中，打点计时器应接在_______(填“直流”或“交流”)电源上，连接小车与砝码盘的细线跨过定滑轮，调整定滑轮，使细线与木板平行。
(2)图乙是实验中获取的一条纸带的一部分，其中0、1、2、3、4是计数点，每相邻两计数点间还有4个点未标出，计数点间的距离如图乙所示，打“3”计数点时小车的速度大小为v＝_______m/s；由纸带求出小车的加速度的大小a＝_______m/s2。(计算结果均保留两位有效数字)
(3)在“探究加速度与力的关系”时，保持小车的质量不变，改变砝码盘中砝码的质量，该同学根据实验数据作出了加速度a与合力F的关系图线如图丙所示，该图线不通过坐标原点，原因可能是_________________。
　(2020·山东烟台一模)实验小组用图甲所示的装置既可以探究加速度与合力的关系，又可以测量当地的重力加速度。装置中的物块下端连接纸带，沙桶中可放置细沙以便改变物块所受到力的大小，物块向上运动的加速度a可由打点计时器和纸带测出，现保持物块质量不变，逐渐增大沙桶和沙的总质量进行多次实验，得到多组a、F值(F为力传感器的示数，大小等于悬挂滑轮绳子的拉力)，不计滑轮的重力。
(1)某同学根据实验数据画出了a－F关系图线如图乙所示，则由该图像可求得物块的质量m＝_______ kg，当地重力加速度g＝_____ m/s2(结果均保留两位有效数字)。(2)改变沙桶和沙的总质量M使物块获得不同大小的加速度a，则实验得到的加速度a的值可能是_____(填选项前的字母)。A．12.0 m/s2　B．10.0 m/s2C．6.5 m/s2　D．8.2 m/s2
〔变式训练2〕现要验证“当质量一定时，物体运动的加速度与它所受的合外力成正比”这一规律。所用实验装置及操作如下：一光滑长木板AB一端搭在固定在水平面上的竖直挡板上。让小车自木板上一固定点O从静止开始下滑到B点，用计时器记下该过程所用的时间t，用米尺测出O、B两点之间的距离L以及O点到水平面的高度h。改变高度h，重复上述测量。(1)小车的加速度a＝_____；
　(2021·河南三门峡期中)如图所示为测量物块与水平桌面之间动摩擦因数的实验装置示意图，实验步骤如下：①用天平测量物块和遮光片的总质量M、重物的质量m，用游标卡尺测量遮光片的宽度d＝0.950 cm；用刻度尺测量两光电门中心线之间的距离s；②调整轻滑轮，使细线水平；
教材实验拓展——测定动摩擦因数
(3)如果滑轮略向下倾斜，使细线没有完全调节水平，则物块对桌面的正压力偏大，测得的加速度偏小，根据动摩擦因数的表达式知，动摩擦因数测量值偏大，该误差是由于实验装置存在问题引起的，属于系统误差。
3 2年高考·1年模拟
1．(2020·课标Ⅱ)一细绳跨过悬挂的定滑轮，两端分别系有小球A和B，如图所示，一实验小组用此装置测量小球B运动的加速度。令两小球静止，细绳拉紧，然后释放小球，测得小球B释放时的高度h0＝0.590 m，下降一段距离后的高度h＝0.100 m；由h0下降至h所用的时间t＝0.730 s。由此求得小球B加速度的大小为a＝_______ m/s2(保留3位有效数字)。
从实验室提供的数据得知，小球A、B的质量分别为100.0 g和150.0 g，当地重力加速度大小为g＝9.80 m/s2。根据牛顿第二定律计算可得小球B加速度的大小为a′＝_______ m/s2(保留3位有效数字)。可以看出，a′与a有明显差异，除实验中的偶然误差外，写出一条可能产生这一结果的原因：_____________________________。
滑轮的轴不光滑或滑轮有质量　
2．(2020·山东，13)2020年5月，我国进行了珠穆朗玛峰的高度测量，其中一种方法是通过使用重力仪测量重力加速度，进而间接测量海拔高度。某同学受此启发就地取材设计了如下实验，测量当地重力加速度的大小。实验步骤如下：(ⅰ)如图甲所示，选择合适高度的垫块，使木板的倾角为53°，在其上表面固定一与小物块下滑路径平行的刻度尺(图中未画出)。
回答以下问题：(1)当木板的倾角为37°时，所绘图像如图乙所示。由图像可得到，物块过测量参考点时速度的大小为_____________ m/s；选取图线上位于坐标纸网格交叉点上的A、B两点，利用A、B两点数据得到小物块下滑加速度的大小为______m/s2。(结果均保留2位有效数字)
(2)根据上述数据，进一步分析得到当地的重力加速度大小为______ m/s2。(结果保留2位有效数字，sin 37°＝0.6，cs 37°＝0.80)
(2)由牛顿第二定律可知mg sin θ－μmgcs θ＝ma即a＝gsin θ－μgcs θ当θ＝53°时a＝5.6 m/s2，即gsin53°－μgcs53°＝5.6当θ＝37°时a＝3.1 m/s2，即gsin37°－μgcs37°＝3.1联立解得g＝9.4 m/s2。
3．(2020·浙江7月选考)做“探究加速度与力、质量的关系”实验时，图甲是教材中的实验方案；图乙是拓展方案，其实验操作步骤如下：
(ⅰ)挂上托盘和砝码，改变木板的倾角，使质量为M的小车拖着纸带沿木板匀速下滑；(ⅱ)取下托盘和砝码，测出其总质量为m，让小车沿木板下滑，测出加速度a；(ⅲ)改变砝码质量和木板倾角，多次测量，通过作图可得到a－F 的关系。
①实验获得如图丙所示的纸带，计数点a、b、c、d、e、f间均有四个点未画出，则在打d点时小车的速度大小vd＝_____________ m/s(保留两位有效数字)；②需要满足条件M≫m的方案是_____(选填“甲”、“乙”或“甲和乙”)；在作a－F图像时，把mg作为F值的是_________(选填“甲”、“乙”或“甲和乙”)。
4．(2020·陕西榆林模拟)在探究物体的加速度与物体所受外力的关系实验中，如图甲所示，在水平放置的气垫导轨上有一质量为M的带有方盒的滑块，气垫导轨右端固定一定滑轮，细线绕过定滑轮，一端与滑块相连，另一端挂有6个钩码，设每个钩码的质量均为m，且M＝4m。