高考物理复习第三章牛顿运动定律第5讲实验验证牛顿第二定律市赛课公开课一等奖省名师优质课获奖PPT课件.pptx

第5讲试验：验证牛顿第二定律1/32知识梳理知识梳理2/321.某研究性学习小组用如图所表示装置探究牛顿第二定律。该小组在试验中确定研究对象是小车,而且认为细线对小车拉力等于砂桶和砂总重力,也是小车所受合外力,则对该试验,以下说法中不正确是()A.在长木板不带定滑轮一端下面垫一块木板,重复移动木板位置,直到小车在砂桶和砂拉动下带动纸带做匀速直线运动,以平衡小车运动中受到摩擦力B.试验中必须使砂桶和砂总质量远小于小车质量C.细线对小车真实拉力一定略小于砂桶和砂总重力D.该试验是应用“控制变量法”来探究牛顿第二定律A3/32答案答案A把长木板一端垫高是为了平衡摩擦力,应该在不挂砂桶情况下平衡摩擦力,使小车拖动纸带做匀速运动。4/322.“探究加速度与物体质量、物体受力关系”试验装置如图甲所示。甲5/32(1)在平衡小车与木板之间摩擦力过程中,打出了一条纸带如图乙所表示。计时器打点时间间隔为0.02s。从比较清楚点起,每5个点取一个计数点,量出相邻计数点之间距离。该小车加速度a=0.16m/s2(结果保留两位有效数字)。(2)平衡摩擦力后,将5个相同砝码都放在小车上。挂上砝码盘,然后每次从小车上取一个砝码添加到砝码盘中,测量小车加速度。小车加速度a与砝码盘中砝码总重力F试验数据以下表:砝码盘中砝码总重力F/N0.1960.3920.5880.7840.980加速度a/(ms-2)0.691.181.662.182.706/32请依据试验数据作出a-F关系图像。(3)依据提供试验数据作出a-F图线不经过原点,请说明主要原因。7/32答案答案(1)0.16(0.15也算对)(2)如图所表示(3)未计入砝码盘重力8/32解析解析(1)a=m/s2=0.16m/s2,或a=m/s2=0.15m/s2。(2)见答案。(3)试验时应测出砝码盘和砝码总重力,而表中数据漏计了砝码盘重力,造成协力F测量值小于真实值,a-F图线不过原点。9/32深化拓展深化拓展考点一考点一试验注意事项试验注意事项考点二考点二试验创新方案试验创新方案10/32深化拓展深化拓展考点一试验注意事项考点一试验注意事项1.为何只有当小车质量远大于小盘和砝码总质量时,才可认为小盘和砝码重力近似等于小车受到拉力呢?分析:依据牛顿第二定律,对小盘和砝码:mg-F=ma对小车:F=Ma由两式得:F=mg所以只有当Mm时,Fmg。11/322.本试验为何画a-图像而不画a-M图像。分析:试验中作出是a-图像。因为a-M图像是一条曲线,而依据曲线不好确定两个量关系,这种情况下物理试验数据处理多采取“化曲为直”思想,作a-图像。12/321-1某同学设计了一个探究小车加速度a与小车所受拉力F及质量m关系试验,图(a)为试验装置简图。(所用交流电频率为50Hz)图(a)13/32图(b)(1)为了研究加速度和质量关系,在试验中必须采取控制变量法,应保持拉力拉力F不变,用砂桶及砂所受重力作为小车所受拉力小车所受拉力,图(b)为某次试验得到纸带,试验数据如图,图中相邻计数点之间还有4个点未画出,依据纸带可求出小车加速度大小为0.64m/s2。(保留三位有效数字)(2)在此次试验中,试验小组经过改变小车质量共做了8组试验,得到下表所表示试验数据,经过分析表中数据,你得出结论是:。在小车所受外力不变条件下,加速度与质量成反百分比关系a-14/32次数12345678小车加速度a/(ms-2)0.6330.5720.4970.4180.3320.2500.1670.101小车质量m/kg0.250.290.330.400.500.711.001.67现需经过图像深入验证你结论,可利用表格数据作图,应在坐标纸中画出图线。15/32(3)在某次试验中为研究加速度和力关系,依据测得多组数据可画出a-F关系图线,如图所表示,此图线AB段显著偏离直线,造成此误差主要原因是()A.小车与木板之间存在摩擦B.木板保持了水平状态C.所挂砂桶总质量太大D.所用小车质量太大C16/32答案答案(1)拉力F小车所受拉力0.64(2)在小车所受外力不变条件下,加速度与质量成反百分比关系a-(3)C17/32解析解析(1)采取控制变量法研究加速度与质量关系,需将外力F保持不变。平衡摩擦力后,可将砂桶及砂重力作为小车所受拉力;纸带上有六组数据,充分利用数据,采取“逐差法”计算,a=0.64m/s2。(2)经过1、5、7组数据,可看到质量加倍,加速度在误差范围内减半,故加速度与质量成反百分比关系;a-m图线为曲线,并不能说明是成反百分比关系,故应作a-图线。(3)因为OA段a-F关系图线为一倾斜线段,所以在质量不变条件下,加速度与外力成正比;AB段显著偏离直线是因为所挂砂桶总质量太大,没有满足Mm造成。18/321-2(北京海淀期中,12)试验小组同学在“验证牛顿第二定律”试验中,使用了如图所表示试验装置。(1)在以下测量工具中,此次试验需要用测量仪器有BD。(选填测量仪器前字母)19/32A.游标卡尺B.刻度尺C.秒表D.天平(2)试验中,为了能够将细线对小车拉力看成是小车所受合外力,某同学先调整长木板一端滑轮高度,使细线与长木板平行。接下来还需要进行一项必须且正确操作是B。(选填选项前字母)A.将长木板水平放置,让小车连着已经穿过打点计时器纸带,给打点计时器通电,调整砂和砂桶总质量大小,使小车在砂和砂桶牵引下运动,从打出纸带判断小车是否做匀速运动B.将长木板右端垫起适当高度,让小车连着已经穿过打点计时器20/32纸带,撤去砂和砂桶,给打点计时器通电,轻推一下小车,从打出纸带判断小车是否做匀速运动C.将长木板右端垫起适当高度,撤去纸带以及砂和砂桶,轻推一下小车,观察判断小车是否做匀速运动(3)某同学在做保持小车质量不变,验证小车加速度与其合外力成正比试验时,依据测得数据作出如图所表示a-F图线,所得图线既不过原点,又不是直线,原因可能是AD。(选填选项前字母)21/32A.木板右端所垫物体较低,使得木板倾角偏小B.木板右端所垫物体较高,使得木板倾角偏大C.小车质量远大于砂和砂桶质量D.砂和砂桶质量不满足远小于小车质量(4)在某次利用上述已调整好装置进行试验中,保持砂和砂桶总质量不变,小车本身质量为M且保持不变,改变小车中砝码质量m,并测出小车中放不一样质量砝码时所对应加速度a,以m为横坐标,为纵坐标,在坐标纸上作出如图所表示-m关系图线,试验结果验证了牛顿第二定律。假如图中纵轴上截距为b,则小车受到拉力大小为。22/32答案答案(1)BD(2)B(3)AD(4)23/32解析解析(1)验证牛顿第二定律试验中,需要用刻度尺测纸带上点之间距离,需要用天平测物体质量,故选B、D。(2)在试验中,必须有平衡摩擦力这个步骤,其中B选项就是为了这个目。(3)a-F图线出现横轴截距,说明平衡摩擦力不够,即木板右端所垫物体较低,使得木板倾角偏小;图线不是直线,是因为砂和砂桶总质量不满足远小于小车质量,故AD正确。(4)设小车所受到拉力为F,则有F=(M+m)a,得=M+m,由-m图像,得=b,故F=。24/32考点二试验创新方案考点二试验创新方案以本试验为背景,经过改变试验条件、试验仪器设置题目,不脱离教材而又不拘泥教材,表达开放性、探究性、设计性等特点。视角1试验器材改进用气垫导轨和两个光电门来完成此试验。视角2数据处理方法改进小车加速度能够利用传感器,借助于计算机来处理。视角3试验方案改进以小车和吊桶整体为研究对象。25/322-1某探究学习小组同学要验证“牛顿第二定律”,他们在试验室组装了一套如图所表示装置,水平轨道上安装两个光电门,小车上固定有力传感器和挡光板,细线一端与力传感器连接,另一端跨过定滑轮挂上砝码盘。试验时首先保持轨道水平,经过调整砝码盘里砝码质量让小车做匀速运动以实现平衡摩擦力,再进行后面操作,并在试验中获得以下测量数据:小车、力传感器和挡光板总质量M,平衡摩擦力时砝码和砝码盘总质量m0,挡光板宽度d,光电门1和2中心距离s。26/32(1)该试验是否需要满足砝码和砝码盘总质量远小于车质量?不需要不需要。(填“需要”或“不需要”)(2)试验需用游标卡尺测量挡光板宽度d,如图所表示,d=5.50mm。(3)某次试验过程:力传感器读数为F,小车经过光电门1和2挡光时间分别为t1、t2(小车经过光电门2后,砝码盘才落地),已知重力加速度为g,则该试验要验证表示式是。答案答案(1)不需要(2)5.50(3)F=M27/32解析解析(1)因为试验装置图中已给出了力传感器,所以不需要满足砝码和砝码盘总质量远小于车质量(m0M车)。(2)d=5mm+0.0510mm=5.50mm。(3)小车在光电门1处速度为v1=,在光电门2处速度为v2=,所以根据-=2as,可得:a=由F=Ma可知F=M28/322-2如图所表示试验装置能够探究加速度与力、质量关系,小车上固定一个盒子,盒子内盛有沙子。沙桶总质量(包含桶以及桶内沙子质量)记为m,小车总质量(包含车、盒子及盒内沙子质量)记为M。(1)验证在质量不变情况下,加速度与合外力成正比时,从盒子中取出一些沙子,装入沙桶中,称量并统计沙桶总重力mg,将该力视为合外力F,对应加速度a则从打下纸带中计算得出。屡次改变合外力F大小,每次都会得到一个对应加速度。此次试验中,桶内沙子取自小29/32车中,故系统总质量不变。以合外力F为横轴,以加速度a为纵轴,画出a-F图像,图像是一条过原点直线。a-F图像斜率物理意义是。你认为把沙桶总重力mg看成合外力F是否合理?答:合理合理。(填“合理”或“不合理”)此次试验中,是否应该满足Mm这么条件?答:否否(填“是”或“否”);理由是因为试验研究对象是整个系统因为试验研究对象是整个系统,系统受到合外力就等于系统受到合外力就等于mg。(2)验证在合外力不变情况下,加速度与质量成反比;保持桶内沙子质量m不变,在盒子内添加或去掉一些沙子,验证加速度与质量关系。本次试验中,桶内沙子总质量不变,故系统所受合外力不变。用图像法处理数据时,以加速度a为纵轴,应该以 M+m 倒数为横轴。30/32答案答案(1)合理否因为试验研究对象是整个系统,系统受到合外力就等于mg(2)M+m31/32解析解析(1)将车内沙子转移到桶中,确保了M+m不变,即系统总质量不变,研究对象是整个系统,a=,可见a-F图像斜率物理意义是,系统合外力就等于所悬挂沙桶重力mg,无须满足Mm这么条件。(2)保持桶内沙子质量不变,向小车上盒子内添加或去掉部分沙子,是改变系统总质量M+m,而系统所受合外力仍等于所悬挂沙桶重力mg,确保了合外力不变,由牛顿第二定律可知应该以M+m倒数为横轴。32/32