专题（17）实验四 验证牛顿运动定律---2021年高考物理一轮复习考点全攻关

2021年高考物理一轮复习考点全攻关 专题（17）实验四 验证牛顿运动定律（原卷版） 基本实验要求 1．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，探究加速度与质量的关系． (3)作出a－F图象和a－图象，确定其关系． 2.要测量的物理量 (1)小车与其上砝码的总质量； (2)小车受到的拉力； (3)小车的加速度. 3．实验器材 小车、砝码、小盘、细绳、一端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． 4．实验步骤 (1)测量：用天平测量小盘和砝码的质量m′和小车的质量m. (2)安装：按照如图1所示装置把实验器材安装好，只是不把悬挂小盘的细绳系在小车上(即不给小车牵引力)． 图1 (3)平衡摩擦力：在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木块，使小车能匀速下滑． (4)操作：①小盘通过细绳绕过定滑轮系于小车上，先接通电源后放开小车，断开电源，取下纸带，编号码． ②保持小车的质量m不变，改变小盘和砝码的质量m′，重复步骤①. ③在每条纸带上选取一段比较理想的部分，测加速度a. ④描点作图，作a－F的图象． ⑤保持小盘和砝码的质量m′不变，改变小车质量m，重复步骤①和③，作a－图象． 基本实验方法 1．注意事项 (1)平衡摩擦力：适当垫高木板不带定滑轮的一端，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．在平衡摩擦力时，不要把悬挂小盘的细绳系在小车上，让小车拉着穿过打点计时器的纸带匀速运动． (2)不用重复平衡摩擦力． (3)实验条件：m≫m′. (4)一先一后一按：改变拉力或小车质量后，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，且应在小车到达滑轮前按住小车． 2．误差分析 (1)实验原理不完善：本实验用小盘和砝码的总重力m′g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． 3．数据处理 (1)利用Δx＝aT2及逐差法求a. (2)以a为纵坐标，F为横坐标，描点、画线，如果该线为过原点的直线，说明a与F成正比． (3)以a为纵坐标，为横坐标，描点、画线，如果该线为过原点的直线，就能判定a与m成反比. 命题热点一：教材原型实验 【例1】小张和小杨同学在实验室中进行探究“加速度与力的关系”实验. 为提高实验的准确度，他们设计了如图2所示的实验方案.将力传感器固定在小车上，通过力传感器可以直接显示细线拉力的大小. 图2 (1)采用力传感器测量细线拉力与用重物重力代替拉力的方法相比，下列说法正确的是______. A.可以不用平衡摩擦力 B.利用此实验装置还需要测量重物的质量 C.重物的质量要远远小于小车和力传感器的总质量 D.直接测量出小车(包括力传感器)所受的拉力，可以减小误差 (2)图3是某同学在此实验中获得的一条纸带，其中两相邻计数点间有四个点未画出，已知打点计时器用的交流电源的频率为50 Hz，则小车运动的加速度a＝________ m/s2. 图3 (3)保持小车和力传感器的总质量一定，改变重物的质量，测出相应的加速度，采用图象法处理数据.请根据测量数据在图4中作出a－F图象. 图4 (4)根据作出的a－F图线，分析实验可能存在的问题是________. A.平衡摩擦力时长木板的倾角过大 B.平衡摩擦力不足 【变式1】在“探究加速度和力、质量的关系”的实验中，采用如图5甲所示的装置进行实验： 图5 (1)已知打点计时器电源为频率为50 Hz的正弦交变电流，若实验中打出的某一条纸带如图乙所示，相邻两个计数点间还有四个点没有画出，x1＝3.13 cm，x4＝7.48 cm，由此可以算出小车运动的加速度大小是________ m/s2. (2)利用测得的数据，可得到小车质量M一定时．运动的加速度a和所受拉力F(F＝mg，m为砂和砂桶质量，g为重力加速度)的关系图象如图丙所示．由此可知，直线段的斜率k＝________.在拉力F较大时，a－F图线明显弯曲，产生误差．若不断增加砂桶中砂的质量，a－F图象中各点连成的曲线将不断延伸，那么加速度a的趋向值为________(用题中出现的物理量表示)． 命题热点二：教材实验创新 实验装置图 创新/改进点 1.实验方案的改进：系统总质量不变化，改变拉力得到若干组数据. 2.用传感器记录小车运动的时间t与位移x，直接绘制x－t图象． 3.利用牛顿第二定律求解实验中的某些参量，确定某些规律. 1.用传感器与计算机相连，直接得出小车的加速度. 2.用图象法处理数据时，用钩码的质量m代替合力F，即用a－m图象代替a－F图象. 1