专题17验证牛顿运动定律实验-2023届高考物理一轮复习知识点精讲与最新高考题模拟题同步训练

2023高考一轮知识点精讲和最新高考题模拟题同步训练 第三章 相互作用 专题17 验证牛顿运动定律实验 第一部分 知识点精讲 一、基本原理与操作 原理装置图 操作要领 探究方法——控制变量法 (1)平衡：必须平衡摩擦力(改变小车或重物质量，无需重新平衡摩擦力) (2)质量：重物的总质量远小于小车质量(若使用力传感器，或以小车与重物的系统为研究对象无需满足此要求) (3)要测量的物理量 ①小车与其上砝码的总质量(天平) ②小车受到的拉力(约等于重物的重力) ③小车的加速度(根据纸带用逐差法或根据光电门数据计算加速度) (4)其他：细绳与长木板平行；小车从靠近打点计时器的位置释放，在到达定滑轮前按住小车，实验时先接通电源，后释放小车 二、数据处理和实验结论 1．探究加速度与力的关系 (1)根据多组(a，F)数据作出a­F图象。 若图象是一条过原点的直线，可判断a∝F。 (2)实际情况分析 ①图象解析式为a＝·mg。 可见连接数据点和坐标系原点的直线斜率为。 若M为定值，则随着m的增大，此斜率会减小 ，当m不再远小于M时，图象向下弯曲。 ②mg＝0时，小车具有非零的加速度a，这说明平衡摩擦力过度。 ③mg＝0时，a＝0；mg≠0时，a≠0。这说明摩擦力被平衡。 ④当mg增大到某值时，小车才具有非零的加速度a，这说明平衡摩擦力不足或没有平衡摩擦力。 2．探究加速度与质量的关系 (1)根据多组(a，M)数据作出a­M和a­图象。 若a­图象是一条过原点的直线，可判断a∝。 (2)实际情况分析 ①图象解析式为a＝·。 可见连接数据点和坐标系原点的直线斜率为。 若m为定值，则随着M的减小，此斜率会减小，当M不再远大于m时，图象向下弯曲。 ②M无限增大时，小车具有非零的加速度a，这说明平衡摩擦力过度。 ③M无限增大时，a无限减小；M为有限值时，a≠0；M为无穷大时，a＝0。这说明摩擦力被平衡。 ④当M减小到某值时，小车才具有非零的加速度a，这说明平衡摩擦力不足或没有平衡摩擦力。 三、注意事项及误差分析 1．平衡摩擦力时不要挂小盘(FT＝0)，但应连着纸带且接通电源。用手给小车一个初速度，若小车匀速下滑，即打出的纸带点迹均匀，则表明小车与木板间的摩擦力跟它的重力沿木板斜面方向的分力平衡，即Mg sin θ＝μMg cos θ，化简得μ＝tan θ。由此可见，实验过程中只需平衡一次摩擦力，且垫块的位置确定以后不能移动。 2．平衡好摩擦力后挂上小盘。 对小车有FT＝Ma 对小盘有mg－FT＝ma 所以FT＝＝，a＝ 当m≪M时，可近似认为FT＝mg，a＝ 因此本实验的实验条件为m≪M。 【创新领悟】 实验器 材的创新 2aL＝()2　F＝Ma＝· 实验方 法的 创新 实验原 理的 创新 挂小盘时小车匀速下滑， Mg sin θ＝f＋mg。 取下小盘后小车加速下滑； 小车所受合力等于mg，方向沿斜面向下 实验过 程的 创新 nmg－μ(M＋5m－nm)g＝(M＋5m)a， a＝·n－μg 第二部分 最新高考题精选 1.（6分）（2021新高考湖南卷） 某实验小组利用图（a）所示装置探究加速度与物体所受合外力的关系。主要实验步骤如下： （1）用游标卡尺测量垫块厚度，示数如图（b）所示，__________； （2）接通气泵，将滑块轻放在气垫导轨上，调节导轨至水平； （3）在右支点下放一垫块，改变气垫导轨的倾斜角度； （4）在气垫导轨合适位置释放滑块，记录垫块个数和滑块对应的加速度； （5）在右支点下增加垫块个数（垫块完全相同），重复步骤（4），记录数据如下表： 1 2 3 4 5 6 0.087 0.180 0.260 0.425 0.519 根据表中数据在图（c）上描点，绘制图线。 如果表中缺少的第4组数据是正确的，其应该是__________（保留三位有效数字）。 2.(9分)（2020高考北京卷）在“探究加速度与物体受力、物体质量的关系”实验中，做如下探究： (1)为猜想加速度与质量的关系，可利用图1所示装置进行对比实验。两小车放在水平板上，前端通过钩码牵引，后端各系一条细线，用板擦把两条细线按在桌上，使小车静止。抬起板擦，小车同时运动，一段时间后按下板擦，小车同时停下。对比两小车的位移，可知加速度与质量大致成反比。关于实验条件，下列正确的是： (选填选项前的字母)。 A.小车质量相同，钩码质量不同 B.小车质量不同，钩码质量相同 C.小车质量不同，钩码质量不同 (2)某同学为了定量验证(1)中得到的初步关系，设计实验并得到小车加速度与质量的7组实验数据，如下表所示。在图2所示的坐标纸上已经描好了6组数据点，请将余下的一组数据描在坐标纸上，并作出图像。 次数 1