高三一轮复习——实验验证牛顿第二定律

..物理学科教学案本学期第课时本单元第课时授课日期：课题：探究加速度与力、质量的关系主备人：于海云审核人：杨成林学习目标：1．学会用控制变量法研究物理规律．2．验证牛顿第二定律．3．掌握利用图象处理数据的方法．教学过程及内容实验目的1．学会用控制变量法研究物理规律．2．验证牛顿第二定律．3．掌握利用图象处理数据的方法．实验原理探究加速度a与力F及质量m的关系时，应用的基本方法是控制变量法，即先控制一个参量——小车的质量m不变，讨论加速度a与力F的关系，再控制小盘和砝码的质量不变，即力F不变，改变小车质量m，讨论加速度a与m的关系．实验器材打点计时器、纸带、复写纸、小车、一端附有定滑轮的长木板、小盘、夹子、细绳、低压交流电源、导线、天平、刻度尺、砝码．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′.2．安装实验器材(如图所示)．3．平衡摩擦力．4．小盘绕过滑轮系于小车上，先通电源后放开小车，取下纸带编号码．5．保持小车的质量m不变，改变砝码和小盘的质量m′，重复步骤4.6．在每条纸带上选取一段比较理想的部分，测加速度a.7．作a－F的图象，描点作图，若这些点在一条直线上，证明了加速度与力成正比．8．保持砝码和小盘的质量m′不变，改变小车质量m，重复步骤4和6，作a－1m图象，若图象为一直线，则证明加速度与质量成反比．考点一实验原理与操作例题1：某实验小组利用图实­4­1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．在调节木板倾斜度平衡木块受到的滑动摩擦力时，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(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，各取一套图示的装置放在水平桌面上，木块上均不放砝码，在没有平衡摩擦力的情况下，研究加速度a与拉力F的关系，分别得到图实­4­2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”)重要提示：考点二数据处理与误差分析例题2：某次“探究加速度a跟物体所受合力F和质量m的关系”实验过程是：(1)图实­4­6甲所示为实验装置图。图乙为某次实验得到的一段纸带，计数点A、B、C、..D、E间的时间间隔为0.1s，根据纸带可求出小车的加速度大小为________m/s2(结果保留两位有效数字)。(2)保持小车质量不变，改变砂和砂桶质量，进行多次测量。根据实验数据做出了加速度a随拉力F的变化图线，如图实­4­7所示。图中直线没有通过原点，其主要原因是_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(3)保持砂和砂桶质量不变，改变小车中砝码质量，进行多次测量，得到小车加速度a、质量m及其对应的1m的数据如表中所示：实验次数12345678小车加速度a/m·s－21.901.721.491.251.000.750.500.30小车和砝码质量m/kg0.250.290.330.400.500.711.001.671m/kg－14.003.453.032.502.001.411.000.60a．请在坐标纸中画出a­1m图线；b.根据作出的a­\f(1,m)图像可以得到的结论是：。重要提示考点三实验的改进与创新例题3：某同学利用如图实­4­12所示的装置探究“小车的加速度与所受合外力的关系”，具体实验步骤如下：..A．按照图示安装好实验装置，挂上砂桶(含少量砂子)。B．调节长木板的倾角，轻推小车后，使小车沿长木板向下运动，且通过两个光电门的时间相等。C．取下细绳和砂桶，测量砂子和桶的质量m，并记下。D．保持长木板的倾角不变，不挂砂桶，将小车置于靠近滑轮的位置，由静止释放小车，记录小车先后通过光电门甲和乙时显示的时间。E．重新挂上细绳和砂桶，改变砂桶中砂子的质量，重复B～D步骤。(1)若砂桶和砂子的总质量为m，小车的质量为M，重力加速度为g，则步骤D中小车加速下滑时所受合力大小为________。(忽略空气阻力)(2)若遮光片的宽度为d，光电门甲、乙之间的距离为l，显示的时间分别为t1、t2，则小车的加速度a＝________。(3)有关本实验的说法正确的是________。A．砂桶和砂子的总质量必须远远小于小车的质量B．小车的质量必须远远小于砂桶和砂子的总质量C．平衡摩擦力时要取下细绳和砂桶D．平衡摩擦力时不能取下细绳和砂桶重要提示需要商讨解决的疑惑点..限时训练（21）探究加速度与力、质量的关系A组【】1．关于“验证牛顿第二定律”实验中验证“作用力一定时，加速度与质量成反比”的实验过程，以下做法中正确的是()A．平衡摩擦力时，应将装沙的小桶用细绳通过定滑轮系在小车上B．每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力C．实验时，先放开小车，再接通电源D．可以利用天平测出沙桶和沙质量m和小车质量M，直接用公式a＝mgM求出加速度2．图实为验证牛顿第二定律的实验装置示意图。(1)平衡小车所受阻力的操作：取下________，把木板不带滑轮的一端垫高；接通电火花计时器电源，轻推小车，让小车拖着纸带运动。如果打出的纸带如图所示，则应________(选填“减小”或“增大”)木板的倾角，反复调节，直到纸带上打出的点迹________为止。(2)如图所示为研究“在外力一定的条件下，物体的加速度与其质量的关系”时所得的实验图像，横坐标m为小车上砝码的质量。设图中直线的斜率为k，在纵轴上的截距为b，若牛顿第二定律成立，则小车受到的拉力为________，小车的质量为________。3．用图实­4­9(a)所示的实验装置验证牛顿第二定律：(1)某同学通过实验得到如图(b)所示的a­F图像，造成这一结果的原因是：在平衡摩擦力时木板与水平桌面间的倾角________(填“偏大”或“偏小”)。编号：姓名：总分：..(2)该同学在平衡摩擦力后进行实验，实际小车在运动过程中所受的拉力________砝码和盘的总重力(填“大于”、“小于”或“等于”)，为了便于探究、减小误差，应使小车质量M与砝码和盘的总质量m满足________的条件。(3)某同学得到如图实­4­10所示的纸带。已知打点计时器电源频率为50Hz。A、B、C、D、E、F、G是纸带上7个连续的点。Δs＝sDG－sAD＝________cm。由此可算出小车的加速度a＝________m/s2(保留两位有效数字)。4．某探究小组在做“探究加速度与力、质量的关系”实验时，采用如图所示的装置，通过控制装置让两小车同时开始运动，同时停止，测量两小车运动的位移，从而讨论加速度与力、质量的关系。某次实验中，测得两小车总质量均为300g，现保持两小车质量不变，改变盘中砝码的质量，进行几次实验，得到的数据如下表，表中的m1、m2分别表示两盘与砝码的总质量，x1、x2分别表示两小车运动的位移。(1)在安装实验装置时，应调整滑轮的高度，使__________；在实验时，为减小系统误差，应使砝码盘和砝码的总质量________小车的质量(选填“远大于”、“远小于”或“等于”)。(2)由运动学知识可知，两小车加速度之比a1a2与位移之比x1x2之间的大小关系为____________(选填“相等”、“不相等”、“没有关系”)。次数小车1小车2比值m1/gx1/cmm2/gx2/cmm1g/m2gx1/x219.0028.8014.0045.000.640.6429.0023.2019.0050.500.470.46314.0029.9024.0052.200.580.57414.0023.4029.0051.200.480.46(3)用m1g和m2g分别代表两小车所受拉力。根据实验数据可知，当小车的质量不变时，小..车的加速度与拉力的关系是：__________________________________________________。B组5．某同学利用如图所示实验装置及数字化信息系统获得了小车加速度a与钩码的质量m的对应关系图，如图(b)所示。实验中小车(含发射器)的质量为200g，实验时选择了不可伸长的轻质细绳和轻定滑轮，小车的加速度由位移传感器及与之相连的计算机得到。回答下列问题：(1)根据该同学的结果，小车的加速度与钩码的质量成________(填“线性”或“非线性”)关系。(2)由图(b)可知，a­m图线不经过原点，可能的原因是________________。(3)若利用本实验装置来验证“在小车质量不变的情况下，小车的加速度与作用力成正比”的结论，并直接以钩码所受重力mg作为小车受到的合外力，则实验中应采取的改进措施是________________________，钩码的质量应满足的条件是________________________。6．某同学设计了如图15所示的装置来探究加速度与力的关系．弹簧秤固定在一合适的木板上，桌面的右边缘固定一支表面光滑的铅笔以代替定滑轮，细绳的两端分别与弹簧秤的挂钩和矿泉水瓶连接．在桌面上画出两条平行线MN、PQ，并测出间距d.开始时将木板置于MN处，现缓慢向瓶中加水，直到木板刚刚开始运动为止，记下弹簧秤的示数F0，以此表示滑动摩擦力的大小．再将木板放回原处并按住，继续向瓶中加水后，记下弹簧秤的示数F1，然后释放木板，并用秒表记下木板运动到PQ处的时间t.①木板的加速度可以用d、t表示为a＝________；为了减小测量加速度的偶然误差可以采用的方法是(一种即可)______________________________________________________.②改变瓶中水的质量重复实验，确定加速度a与弹簧秤示数F1的关系．下列图象能表示该同..学实验结果的是()③用加水的方法改变拉力的大小与挂钩码的方法相比，它的优点是________．a．可以改变滑动摩擦力的大小b．可以更方便地获取多组实验数据c．可以比较精确地测出摩擦力的大小d．可以获得更大的加速度以提高实验精度6．为了探究受到空气阻力时，物体运动速度随时间的变化规律，某同学采用了“加速度与物体质量、物体受力关系”的实验装置(如图16所示)．实验时，平衡小车与木板之间的摩擦力后，在小车上安装一薄板，以增大空气对小车运动的阻力．(1)往砝码盘中加入一小砝码，在释放小车________(选填“之前”或“之后”)接通打点计时器的电源，在纸带上打出一系列的点．(2)从纸带上选取若干计数点进行测量，得出各计数点的时间t与速度v的数据如下表：时间t/s00.501.001.502.002.50速度v/(m·s－1)0.120.190.230.260.280.29请根据实验数据在图17中作出小车的v－t图象．图17(3)通过对实验结果的分析，该同学认为：随着运动速度的增加，小车所受的空气阻力将变大，你是否同意他的观点？请根据v－t图象简要阐述理由．单纯的课本内容，并不能满足学生的需要，通过补充，达到内容的完善教育之通病是教用脑的人不用手，不教用手的人用脑，所以一无所能。教育革命的对策是手脑联盟，结果是手与脑的力量都可以大到不可思议。