實驗四　驗證牛頓運動定律[實驗?zāi)康腯1．學(xué)會用控制變量法研究物理規(guī)律．2．驗證牛頓第二定律．3．掌握利用圖象處理數(shù)據(jù)的方法．[實驗原理]探究加速度a與力F及質(zhì)量M的關(guān)系時，應(yīng)用的基本方法是控制變量法，即先控制一個參量——小車的質(zhì)量M不變，討論加速度a與力F的關(guān)系，再控制砝碼和小盤的質(zhì)量不變，即力F不變，改變小車的質(zhì)量M，討論加速度a與M的關(guān)系．[實驗器材]打點計時器、紙帶、復(fù)寫紙片、小車、一端附有定滑輪的長木板、小盤、砝碼、夾子、細(xì)繩、低壓交流電源、導(dǎo)線、天平(帶有一套砝碼)、刻度尺．[實驗步驟]1．用天平測出小車和小盤的質(zhì)量M和M′，把數(shù)值記錄下來．2．按照如圖所示裝置把實驗器材安裝好，只是不把懸掛小盤的細(xì)線系在小車上(即不給小車加牽引力)．3．平衡摩擦力：在長木板的不帶定滑輪的一端下面墊上一塊薄木塊，反復(fù)移動木塊的位置，直至小車在斜面上運動時可以保持勻速運動狀態(tài)，這時小車拖著紙帶運動時受到的摩擦力恰好與小車所受重力在斜面方向上的分力平衡．4．把細(xì)繩系在小車上并繞過滑輪懸掛小盤，先接通電源再放開小車，打點計時器在紙帶上打下一系列的點．打點完成后切斷電源，取下紙帶，在紙帶上標(biāo)上紙帶號碼．5．保持小車及車內(nèi)砝碼的質(zhì)量不變，在小盤內(nèi)放入質(zhì)量為m′的砝碼，重復(fù)步驟4.在小盤內(nèi)分別放入質(zhì)量為m″、m…的砝碼，再重復(fù)步驟4.m′、m″、m…的數(shù)值都要記錄在紙帶上(或表格內(nèi))．6．在每條紙帶上都選取一段比較理想的部分，標(biāo)明計數(shù)點，測量計數(shù)點間的距離，算出每條紙帶上的加速度的值．7．用縱坐標(biāo)表示加速度，橫坐標(biāo)表示力，根據(jù)實驗結(jié)果在坐標(biāo)平面上畫出相應(yīng)的點．若這些點在一條過原點的直線上，便證明了加速度與作用力成正比．8．保持砝碼和小盤的質(zhì)量不變，在小車上依次加砝碼(也需作好記錄)，重復(fù)上述步驟，用縱坐標(biāo)表示加速度a，橫坐標(biāo)表示小車砝碼總質(zhì)量的倒數(shù)，在坐標(biāo)平面上根據(jù)實驗結(jié)果畫出相應(yīng)的點．如果這些點是在一條過原點的直線上，就證明加速度與質(zhì)量成反比．[數(shù)據(jù)處理]1．把相同質(zhì)量的小車在不同力作用下產(chǎn)生的加速度填在下表中.實驗次數(shù)加速度a/(m·s－2)小車受力F/N1  2  3  4    由以上數(shù)據(jù)畫出它的a－F關(guān)系圖象如圖所示．通過a－F關(guān)系圖象我們可以得出，小車的加速度a與力F成正比．2．把不同質(zhì)量的小車在相同力作用下產(chǎn)生的加速度填在下表中．實驗次數(shù)加速度a/(m·s－2)小車質(zhì)量M/kg1  2  3  4  由以上數(shù)據(jù)畫出它的a－M圖象及a－圖象，如圖甲、乙所示．通過a－M和 a－關(guān)系圖象，我們可以得出小車的加速度a與質(zhì)量M成反比，與質(zhì)量的倒數(shù)成正比．[誤差分析]1．測量誤差質(zhì)量的測量誤差，紙帶上打點計時器打點間隔距離的測量誤差，細(xì)線或紙帶不與木板平行等會造成誤差．2．系統(tǒng)誤差本實驗中用小盤和砝碼的總重力代替小車受到的拉力(實際上小車受到的拉力要小于小盤和砝碼的重力)，存在系統(tǒng)誤差．小盤和砝碼的總質(zhì)量越接近小車和砝碼的質(zhì)量，誤差就越大；小盤和砝碼的總質(zhì)量越小于小車和砝碼的質(zhì)量，誤差就越?。?/span>3．平衡摩擦力不準(zhǔn)造成誤差在平衡摩擦力時，除了不掛小盤外，其他的都跟正式實驗一樣(比如要掛好紙帶、接通打點計時器)，勻速運動的標(biāo)志是打點計時器打出的紙帶上各點的距離相等．[注意事項]1．在平衡摩擦力時，不要把懸掛小盤的細(xì)線系在小車上，即不要給小車加任何牽引力，并要讓小車拖著打點的紙帶運動．2．整個實驗平衡了摩擦力后，不管以后是改變小盤和砝碼質(zhì)量，還是改變小車和砝碼的總質(zhì)量，都不需要重新平衡摩擦力．3．必須滿足小車與車上所加砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)大于小盤和砝碼的總 質(zhì)量．只有如此，小盤和砝碼的重力才可視為小車受到的拉力．4．改變拉力和小車質(zhì)量后，每次開始時小車應(yīng)盡量靠近打點計時器，并應(yīng)先接通電源，再放開小車，且應(yīng)在小車到達滑輪前按住小車．5．作圖象時，要使盡可能多的點在所作直線上，不在直線上的點應(yīng)盡可能對稱分布在所作直線兩側(cè)．6．作圖時兩軸標(biāo)度比例要選擇適當(dāng)．各量須采用國際單位．這樣作圖線時，坐標(biāo)點間距不至于過密，誤差會小些．7．為提高測量精度，可以采取下列措施：(1)應(yīng)舍掉紙帶上開頭比較密集的點，在后邊便于測量的地方找一個起點．(2)可以把每打五次點的時間作為時間單位，即從開始點起，每隔四個點標(biāo)出一個計數(shù)點，而相鄰計數(shù)點間的時間間隔為T＝0.1 s.熱點一　實驗原理與操作[典例1]　(2018·安徽蕪湖一中期末)在探究“牛頓第二定律”時，某小組設(shè)計雙車位移比較法來探究加速度與力的關(guān)系．實驗裝置如圖所示，將軌道分上下雙層排列，兩小車后的剎車線穿過尾端固定板，由安裝在后面的剎車系統(tǒng)同時進行控制(未畫出剎車系統(tǒng))．通過改變砝碼盤中的砝碼來改變拉力大小．通過比較兩小車的位移來比較兩小車的加速度大?。阎獌绍囐|(zhì)量均為200 g，實驗數(shù)據(jù)如表中所示：試根據(jù)該實驗的情境，回答下列問題：(1)兩小車的位移與加速度的關(guān)系滿足        ；(2)分析表中數(shù)據(jù)可得到結(jié)論：       ；(3)該裝置中的剎車系統(tǒng)的作用是       ．解析：(1)由s＝at2可知，＝；(2)分析表中數(shù)據(jù)可得到結(jié)論：在小車的質(zhì)量相同的情況下，小車的加速度與外力成正比；(3)該裝置中的剎車系統(tǒng)的作用是：讓兩個小車同時運動，同時停車，確保兩車的運動時間相同．答案：(1)＝　(2)在小車的質(zhì)量相同的情況下，小車的加速度與外力成正比　(3)讓兩個小車同時運動，同時停車，確保兩車的運動時間相同．1．圖甲為“驗證牛頓第二定律”的實驗裝置示意圖．砂和砂桶的總質(zhì)量為m，小車和砝碼的總質(zhì)量為M.實驗中用砂和砂桶總重力的大小作為細(xì)線對小車?yán)Φ拇笮。?/span>(1)實驗中，為了使細(xì)線對小車的拉力等于小車所受的合力，先調(diào)節(jié)長木板一端滑輪的高度，使細(xì)線與長木板平行．接下來還需要進行的一項操作是    ．(填正確答案標(biāo)號)A．將長木板水平放置，讓小車連著已經(jīng)穿過打點計時器的紙帶，給打點計時器通電，調(diào)節(jié)m的大小，使小車在砂和砂桶的牽引下運動，從打出的紙帶判斷小車是否做勻速運動B．將長木板的一端墊起適當(dāng)?shù)母叨龋屝≤囘B著已經(jīng)穿過打點計時器的紙帶，撤去砂和砂桶，給打點計時器通電，輕推小車，從打出的紙帶判斷小車是否做勻速運動C．將長木板的一端墊起適當(dāng)?shù)母叨龋啡ゼ垘б约吧昂蜕巴?，輕推小車，觀察判斷小車是否做勻速運動(2)實驗中要進行質(zhì)量m和M的選取，以下最合理的一組是    ．(填正確答案標(biāo)號)A．M＝200 g，m＝10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、40 gB．M＝200 g，m＝20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 gC．M＝400 g，m＝10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、40 gD．M＝400 g，m＝20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 g(3)圖乙是實驗中得到的一條紙帶，A、B、C、D、E、F、G為七個相鄰的計數(shù)點，相鄰的兩個計數(shù)點之間還有四個點未畫出．量出相鄰的計數(shù)點之間的距離分別為：xAB＝4.22 cm、xBC＝4.65 cm、xCD＝5.08 cm、xDE＝5.49 cm，xEF＝5.91 cm，xFG＝6.34 cm.已知打點計時器的工作頻率為50 Hz，則小車的加速度a＝ m /s2.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)解析：(1)小車在運動過程中受到重力、支持力、紙帶的拉力、木板對小車的摩擦力和細(xì)線拉力的作用．為了使細(xì)線對小車的拉力等于小車所受的合力，因此應(yīng)把木板的一端墊起適當(dāng)?shù)母叨?，以使重力、支持力、紙帶的拉力和摩擦力的合力為零，即不掛砂桶時小車做勻速運動，因此在進行這一操作時，不應(yīng)掛砂桶，小車應(yīng)連接紙帶，A、C項錯誤，B項正確．(2)由于繩子的拉力不易測量，本實驗中用砂和砂桶的總重力來代替繩的拉力，而砂桶做加速運動，設(shè)加速度大小為a，則FT＝m(g－a)，當(dāng)砂桶的加速度很小時，FT近似等于mg，因此實驗中應(yīng)控制實驗條件，使砂桶的加速度很?。挥挟?dāng)小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于砂和砂桶的總質(zhì)量時，小車和砂桶的加速度才很小，繩的拉力才近似等于砂和砂桶的總重力．C項正確．(3)相鄰兩計數(shù)點間的時間T＝0.1 s，由Δx＝aT2可得a＝，代入數(shù)據(jù)解得a＝0.42 m/s2.答案：(1)B　(2)C　(3)0.42熱點二　數(shù)據(jù)處理及誤差分析[典例2]　(2018·北京懷柔高三試卷)某同學(xué)設(shè)計了如圖所示的裝置來驗證“加速度與力的關(guān)系”．把打點計時器固定在長木板上，把紙帶穿過打點計時器連在小車的左端．將數(shù)字測力計固定在小車上，小車放在長木板上．在數(shù)字測力計的右側(cè)拴有一細(xì)線，細(xì)線跨過固定在木板邊緣的定滑輪與一重物相連，在重物的牽引下，小車在木板上加速運動，數(shù)字測力計可以直接顯示細(xì)線拉力的大?。?/span>(1)采用數(shù)字測力計測量細(xì)線拉力與用重物重力代替拉力的方法相比    (填選項前的字母)A．可以不用平衡摩擦力B．直接測量小車(包括測力計)所受的拉力， 可以減少誤差C．利用此實驗裝置不用測量重物的質(zhì)量D．重物的質(zhì)量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于小車和數(shù)字測力計的總質(zhì)量(2)下圖是某同學(xué)在此實驗中獲得的一條紙帶，其中兩相鄰計數(shù)點間有四個點未畫出．已知打點計時器工作頻率為50 Hz，則小車運動的加速度a＝   m /s2.(3)保持小車和數(shù)字測力計的總質(zhì)量一定，改變鉤碼的質(zhì)量，測出相應(yīng)的加速度．采用圖象法處理數(shù)據(jù)．請同學(xué)們根據(jù)測量數(shù)據(jù)做出a－F圖象．(4)試分析上圖中圖線不過坐標(biāo)原點的原因：    .解析：(1)在實驗中認(rèn)為拉力為小車的合力，仍然需要平衡摩擦力．故A錯誤．若用鉤碼拉小車，繩子的拉力小于鉤碼的重力，用此裝置可以直接測量小車所受的拉力，減小誤差，故B正確．因為拉力的大小通過數(shù)字測力計測量出來，不需要測量重物的質(zhì)量，也不需要滿足重物的質(zhì)量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于小車和數(shù)顯測力計的總質(zhì)量．故C正確，D錯誤．(2)由紙帶可知，在連續(xù)相等時間內(nèi)的位移之差Δx＝0.39 cm，則a＝＝＝0.39 m/s2(3)根據(jù)所描的點作出a－F圖線，如圖所示．(4)由圖象可知，當(dāng)力F到達某一值時小車才有了加速度，說明沒有平衡好摩擦力或木板傾角偏?。?/span>答案：(1)BC　(2)0.39 m/s2 　(3)見解析　(4)沒有平衡好摩擦力或木板傾角偏小2．在探究物體的加速度a與物體所受外力F、物體質(zhì)量M間的關(guān)系時，采用如圖所示的實驗裝置．小車及車中的砝碼質(zhì)量用M表示，盤及盤中的砝碼質(zhì)量用m表示．(1)當(dāng)M與m的大小關(guān)系滿足    時，才可以認(rèn)為繩子對小車的拉力大小等于盤和砝碼的重力．(2)某一組同學(xué)先保持盤及盤中的砝碼質(zhì)量m一定來做實驗，其具體操作步驟如下，以下做法正確的是    ．A．平衡摩擦力時，應(yīng)將盤及盤中的砝碼用細(xì)繩通過定滑輪系在小車上B．每次改變小車的質(zhì)量時，不需要重新平衡摩擦力C．實驗時，先放開小車，再接通打點計時器的電源D．用天平測出m以及小車質(zhì)量M，小車運動的加速度可直接用公式a＝求出(3)另兩組同學(xué)保持小車及車中的砝碼質(zhì)量M一定，探究加速度a與所受外力F的關(guān)系，由于他們操作不當(dāng)， 這兩組同學(xué)得到的a－F關(guān)系圖象分別如圖甲和圖乙所示，其原因分別是：圖甲：              ；圖乙：              .解析：(1)當(dāng)m?M時，即當(dāng)砝碼和盤的總重力要遠(yuǎn)小于小車的重力，繩子的拉力近似等于砝碼和盤的總重力．(2)平衡摩擦力時，應(yīng)將繩從小車上拿開，輕輕推出小車，使小車沿木板運動，通過打點計時器打出來的紙帶判斷小車是否勻速運動，故A錯誤；每次改變小車的質(zhì)量時，小車的重力沿斜面分力和摩擦力仍能抵消，不需要重新平衡摩擦力，故B正確；實驗時，應(yīng)先接通打點計時器電源，再放開小車，故C錯誤；小車運動的加速度是利用打點計時器測量，如果用天平測出m以及小車質(zhì)量M，直接用公式求出，這是直接運用牛頓第二定律計算的，而我們實驗是在探究加速度與物體所受合外力和質(zhì)量間的關(guān)系，故D錯誤．(3)圖甲中a－F圖象發(fā)生彎曲，這是由于沒有保證小車質(zhì)量遠(yuǎn)大于盤及盤中砝碼質(zhì)量造成的．圖乙中直線沒過原點，當(dāng)F≠0時，a＝0.也就是說當(dāng)繩子上有拉力時小車的加速度還為0，說明小車的摩擦力與繩子的拉力抵消了．該組同學(xué)實驗操作中沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足．即木板傾角過小．答案：(1)m?M　(2)B　(3)m過大(或M過小)，造成m不是遠(yuǎn)小于M　沒有平衡摩擦力或木板的傾角過小熱點三　實驗的改進與創(chuàng)新以本實驗為背景，通過改變實驗條件、實驗儀器設(shè)置題目，不脫離教材而又不拘泥教材，體現(xiàn)開放性、探究性、設(shè)計性等特點．1．實驗器材的改進氣墊導(dǎo)軌(不用平衡摩擦力)長木板2．?dāng)?shù)據(jù)測量方法的改進3．實驗的拓展延伸以“驗證牛頓運動定律”為背景測量物塊與木板間的動摩擦因數(shù)．創(chuàng)新點一　實驗器材的改進[典例3]　(2018·河北省衡水中學(xué)復(fù)習(xí))其學(xué)習(xí)小組用圖甲所示的裝置探究加速度與合力的關(guān)系．裝置中的鋁箱下端連接紙帶，砂桶中可放置砂子以改變鋁箱所受的外力大小，鋁箱向上運動的加速度a可由打點計時器和紙帶測出，現(xiàn)保持鋁箱總質(zhì)量不變，逐漸增大砂桶和砂的總質(zhì)量進行多次實驗，得到多組a、F值(F為力傳感器的示數(shù)，等于懸掛滑輪繩子的拉力)，不計滑輪的重力．(1)某同學(xué)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)畫出了a－F關(guān)系圖線如圖乙所示，則由該圖象可得鋁箱總質(zhì)量m＝    ，重力加速度g＝    .(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(2)當(dāng)砂桶和砂的總質(zhì)量M較大導(dǎo)致a較大時，實際得到的加速度a的值可能是    (填選項前的字母)A．120 m/s2　　　　　 B．10.0 m/s2C．5.0 m/s2   D．6.0 m/s2解析：(1)對鋁箱分析，應(yīng)有FT－mg＝ma，對滑輪應(yīng)有F＝2FT，聯(lián)立可解得a＝(－mg)＝F－g，可知圖線的斜率k＝＝，解得m＝0.20 kg，縱軸截距－g＝－10，解得g＝10 m/s2；(2) 對砂桶和砂分析，應(yīng)有Mg－FT＝Ma，對滑輪應(yīng)有F＝2FT，聯(lián)立可解得a＝g－F，當(dāng)砂桶和砂的總質(zhì)量較大，加速度a 接近g，故實際得到的加速度a＜g，故C、D正確，A、B錯誤．答案：(1)0.20 kg　10 m/s2　(2)CD創(chuàng)新點二　數(shù)據(jù)測量方法的改進[典例4]　某實驗小組設(shè)計了如圖(a)所示的實驗裝置，通過改變重物的質(zhì)量，利用計算機可得滑塊運動的加速度a和所受拉力F的關(guān)系圖象．他們在軌道水平和傾斜的兩種情況下分別做了實驗，得到了兩條a－F圖線，如圖(b)所示．滑塊和位移傳感器發(fā)射部分的總質(zhì)量m＝    kg；滑塊和軌道間的動摩擦因數(shù)μ＝    .(重力加速度g取10 m/s2，最大靜摩擦力等于滑動摩擦力)解析：當(dāng)軌道水平時，根據(jù)牛頓第二定律得a＝＝－μg上圖(b)可知圖線的斜率k＝＝2，計算得出m＝0.5 kg縱軸截距μg＝2，計算得出μ＝0.2.答案：0.5　0.2[典例5]　光電計時器是一種研究物體運動情況的常見儀器．當(dāng)有物體從光電門通過時，光電計時器就可以顯示物體的擋光時間．現(xiàn)利用如圖甲所示的裝置探究物體的加速度與合外力、質(zhì)量的關(guān)系，其NQ是水平桌面，PQ是一端帶有滑輪的長木板，1、2是固定在木板上的兩個光電門(與之連接的兩個光電計時器沒有畫出)．小車上固定著用于擋光的窄片K，測得其寬度為d，讓小車從木板的頂端滑下，光電門各自連接的計時器顯示窄片K的擋光時間分別為t1和t2.(1)該實驗中，在改變小車的質(zhì)量M或砂桶的總質(zhì)量m時，保持M?m，這樣做的目的是    ．(2)為了計算出小車的加速度，除了測量d、t1和t2之外，還需要測量    ，若上述測量量用x表示，則用這些物理量計算加速度的表達式為a＝    .(3)某位同學(xué)經(jīng)過測量、計算得到如下表數(shù)據(jù)，請在圖乙中作出小車加速度與所受合外力的關(guān)系圖象.組別1234567M/kg0.580.580.580.580.580.580.58F/N0.100.150.200.250.300.350.40a/(m·s－2)0.130.170.260.340.430.510.59(4)由圖象可以看出，該實驗存在著較大的誤差，產(chǎn)生誤差的主要原因是：    .解析：(1)該實驗中，在改變小車的質(zhì)量M或砂桶的總質(zhì)量m時，保持M?m，這樣做的目的是使得小車所受合外力大小等于(或約等于)mg.(2)為了計算出小車的加速度，除了測量d、t1和t2之外，還需要測量兩光電門之間的距離，若上述測量量用x表示，小車通過兩光電門的速度分別為v1＝和v2＝則根據(jù)v－v＝2ax可得a＝＝＝.(3)圖線如圖．(4)由圖象可以看出，產(chǎn)生誤差的主要原因是木板傾角偏小(“平衡摩擦力不足”)．答案：(1)使小車所受合外力大小等于(或約等于)mg(2)兩光電門之間的距離(或“小車由光電門1運動至光電門2所用時間”)　　(3)圖線如圖　(4)木板傾角偏小(“平衡摩擦力不足”)創(chuàng)新點三　實驗?zāi)康牡膭?chuàng)新[典例6]　現(xiàn)在需要測量物塊與長木板之間的動摩擦因數(shù)，備有如下器材：兩個相同的物塊A、B，兩個帶有固定裝置的光滑小滑輪，卡子若干，一把鑷子，一個黑板擦，幾條等長輕質(zhì)細(xì)線，兩個小盤，小丁和曉平兩個同學(xué)配合進行如下實驗：首先把木板固定在水平桌面上，把兩小滑輪固定在木板的左端，把兩個物塊A和B(平行木板左邊緣、AB距離較近)放到木板的右端，用細(xì)線把物塊和小盤通過小滑輪連接，通過調(diào)整小滑輪的高度使木板上方的細(xì)線水平，在物塊A和B右端固定好細(xì)線；曉平同學(xué)用黑板擦按住兩個物塊A、B，小丁同學(xué)在兩個小盤里放上不同個數(shù)的砝碼，然后曉平同學(xué)抬起黑板擦，兩個物塊同時運動起來，當(dāng)運動較快的物塊接近木板左端時按下黑板擦，兩個物塊同時停下來．(1)為完成此實驗，還需要如下器材中的    ．A．秒表　　　　　　　 B．彈簧測力計C．刻度尺  D．天平(2)曉平和小丁同學(xué)共同測量出A和B在木板上的位移，分別記作xA和xB，物塊A、B的質(zhì)量均為m，物塊A和對應(yīng)小盤里鉤碼、小盤總質(zhì)量的和為2m，物塊B和對應(yīng)小盤里鉤碼、小盤的總質(zhì)量的和為3m，根據(jù)這些物理量求出物塊和木板之間的滑動摩擦因數(shù)μ的表達式    ．(3)若細(xì)線與木板上表面平行，而木板左端比右端略低(沒有超過重力沿斜面向下的分力和物體滑動摩擦力相等的角度)，則測量的動摩擦因數(shù)比真實值    (填“偏大”“偏小”或“不變”)．解析：(1)實驗過程中需要根據(jù)牛頓第二定律分析問題，需要用到運動學(xué)公式解決加速度問題，所以需要刻度尺測量位移和天平測量質(zhì)量，故C、D正確．(2)因為兩個物體在繩子的拉力作用下，做初速度為零的勻加速直線運動，并且兩者的運動時間相同，根據(jù)公式x＝at2可得xA＝aAt2、xB＝aBt2，故有＝，根據(jù)牛頓第二定律，對A和鉤碼整體有：mg－μmg＝2maA，對B和鉤碼整體有2mg－μmg＝3maB，故聯(lián)立上式可得μ＝(3)木板左端比右端略低，設(shè)木板與水平桌面夾角為θ，則實際情況應(yīng)滿足mg＋mgsin θ－μmgcos θ＝2maA,2mg＋mgsin θ－μmgcos θ＝3maB，聯(lián)立可得μ＝＋tan θ，由于θ極小，tan θ近似為0，＞1，故μ測＝＜μ真，比實際值偏?。?/span>答案：(1)CD　(2)μ＝　(3)偏小[典例7]　要測量兩個質(zhì)量不等的沙袋的質(zhì)量，由于沒有直接測量工具，某實驗小組應(yīng)用下列器材測量：輕質(zhì)定滑輪(質(zhì)量和摩擦可忽略)、砝碼一套(總質(zhì)量為m＝0.5 kg)、細(xì)線、米尺、秒表，他們根據(jù)已學(xué)過的物理學(xué)知識，改變實驗條件進行多次測量，選擇合適的變量得到線性關(guān)系，作出圖線并根據(jù)圖線的斜率和截距求出沙袋的質(zhì)量．請完成下列步驟．(1)實驗裝置如圖，設(shè)左右兩邊沙袋的質(zhì)量分別為m1、m2.(2)從m中取出質(zhì)量為m′的砝碼放在右邊沙袋B中，剩余砝碼都放在左邊沙袋A中，發(fā)現(xiàn)A下降B上升．(3)用刻度尺測出沙袋A從靜止下降的距離h(其間A沒有與其他物體發(fā)生碰撞)，用秒表測出沙袋A下降時間t，則可知A的加速度大小為a＝    .(4)改變m′，測量相應(yīng)的加速度a，得到多組m′及a的數(shù)據(jù)，作出    (填“a－m′”或“a－”)圖線．(5)若求得圖線的斜率k＝4 m/kg·s2，截距b＝2 m/s2，沙袋的質(zhì)量m1＝     kg，m2＝     kg.解析：(3)根據(jù)勻變速直線運動的位移時間公式得，h＝at2，解得a＝.(4)(5)根據(jù)牛頓第二定律得：對m1及砝碼：(m1＋m′)g－T＝(m1＋m′)a對m2及砝碼：T－(m2＋m－m′)g＝(m2＋m－m′)a聯(lián)立解得：a＝g＋.根據(jù)數(shù)學(xué)知識得知：作“a－m′”圖線，圖線的斜率k＝，圖線的截距b＝g將k、b代入計算，解得m1＝3 kg，m2＝1.5 kg.答案：(3)　(4)a－m′　(5)3　1.51．某同學(xué)利用如圖裝置探究加速度與合外力的關(guān)系．利用力傳感器測量細(xì)線上的拉力．按照如下步驟操作：①安裝好打點計時器和紙帶，調(diào)整導(dǎo)軌的傾斜程度，平衡小車摩擦力；②細(xì)線通過導(dǎo)軌一端光滑的定滑輪和動滑輪，與力傳感器相連，動滑輪上掛上一定質(zhì)量的鉤碼，將小車?yán)娇拷螯c計時器的一端；③打開力傳感器并接通打點計時器的電源(頻率為50 Hz的交流電源)；④釋放小車，使小車在軌道上做勻加速直線運動；⑤關(guān)閉傳感器，記錄下力傳感器的示數(shù)F.通過分析紙帶得到小車加速度a；⑥改變鉤碼的質(zhì)量，重復(fù)步驟①②③④⑤；⑦作出a－F圖象，得到實驗結(jié)論．(1)本實驗在操作中是否要滿足鉤碼的質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量？    (填寫“需要”或“不需要”)；某次釋放小車后，力傳感器示數(shù)為F，通過天平測得小車的質(zhì)量為M，動滑輪和鉤碼的總質(zhì)量為m，不計滑輪的摩擦，則小車的加速度理論上應(yīng)等于    ．A．a＝　　　　　　　 B．a＝C．a＝  D．a＝(2)如圖是某次實驗測得的紙帶的一段，可以判斷紙帶的    (填“左”或“右”)端與小車連接，在打點計時器打下計數(shù)點6時，鉤碼的瞬時速度大小為  m /s.(保留兩位有效數(shù)字)解析：(1)本實驗利用力傳感器測量細(xì)線上的拉力，不需要用鉤碼的重力代替，所以不需要滿足鉤碼的質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量，根據(jù)牛頓第二定律得：a＝，故B正確．(2)紙帶右側(cè)兩點間的距離越來越大，故左端與小車相連，瞬時速度為5到7的平均速度故v＝ m/s＝0.75 m/s.答案：(1)不需要　B　(2)左　0.752．(2018·全國百校聯(lián)考)兩實驗小組分別作“探究加速度和力、質(zhì)量的關(guān)系”實驗．(1)A組用如圖甲所示裝置做實驗，圖中帶滑輪的長木板放置于水平桌面上，拉力傳感器可直接顯示所受拉力的大?。鰧嶒灂r，下列操作必要且正確的是    ．A．將長木板右端適當(dāng)墊高，使小車能自由勻速滑動B．小車靠近打點計時器，先接通電源，再釋放小車，打出一條紙帶，同時記錄傳感器的示數(shù)C．為了減小誤差，實驗中一定要保證砂和砂桶的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量D．用天平測出砂和砂桶的質(zhì)量(2)B組用如圖乙所示的實驗裝置來做實驗．①在正確、規(guī)范的操作中，打出一條如下圖所示的紙帶，每兩個計數(shù)點之間還有四個計時點沒有畫出來，紙帶上的數(shù)字為相鄰兩個計數(shù)點間的距離，打點計時器的頻率為50 Hz.打第4個計數(shù)點時小車的速度v4＝  m /s；小車做勻加速直線運動的加速度a＝  m /s.(保留三位有效數(shù)字)②平衡了摩擦力后，在小車質(zhì)量M保持不變的情況下，不斷往砂桶里加砂，直到砂的質(zhì)量最終達到M.測出每次加砂后，砂和砂桶的總重力F和小車的加速度a，作a－F的圖象．下列圖線正確的是    ．解析：(1)實驗前要平衡摩擦力，將長木板右端適當(dāng)墊高，使小車能自由勻速滑動，選項A正確；為重復(fù)利用紙帶，小車應(yīng)靠近打點計時器，先接通電源，再釋放小車，打出一條紙帶，同時記錄傳感器的示數(shù)，選項B正確；繩子的拉力可以由拉力傳感器，讀出，實驗中不需要保證砂和砂桶的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量，不需要用天平測出砂和砂桶的質(zhì)量，選項C、D錯誤．(2)①每兩個計數(shù)點之間還有四個計時點沒有畫出來，因此相鄰兩計數(shù)點間的時間間隔為T＝0.1 s，打計數(shù)點4時小車的瞬時速度等于計數(shù)點3～5間的平均速度，則有：v4＝m/s＝1.21 m/s；根據(jù)Δx＝aT2，解得a＝m/s2≈2.02 m/s2.②平衡了摩擦力后，對小車有：T＝Ma，對砂和砂桶有： mg－T＝ma，聯(lián)立可得：a＝.若滿足m≤M，則有a＝＝，即a－F的圖象為直線，當(dāng)砂和砂桶的質(zhì)量較大時，不再滿足m≤M這一條件，此情況下按相同方式描點的圖象遵循a＝規(guī)律，隨著砂的質(zhì)量的增加，a－F的圖象的斜率為k＝將減小，所以圖線將向下彎曲．答案：(1)AB　(2)①1.21　2.02　②C3．(2019·山東師大附中模擬)(1)有一游標(biāo)卡尺，主尺的最小分度是1mm，游標(biāo)上有20個小的等分刻度．用它測量一小球的直徑，如圖甲所示的讀數(shù)是m m.用螺旋測微器測量一根金屬絲的直徑，如圖乙所示的讀數(shù)是m m.(2)某實驗小組利用如圖丙所示的實驗裝置來驗證鉤碼和滑塊所組成的系統(tǒng)機械能守恒．在調(diào)節(jié)好導(dǎo)軌水平的條件下，試驗中測得遮光條的寬度d＝0.50 cm；實驗時將滑塊從圖示位置由靜止釋放，由數(shù)字計時器讀出遮光條通過光電門的時間Δt＝2.0×10－2 s，則滑塊經(jīng)過光電門時的瞬時速度為  m /s.在本次實驗中還需要測量的物理量有：鉤碼的質(zhì)量m、    和    (文字說明并用相應(yīng)的字母表示)．本實驗通過比較    和    在實驗誤差允許的范圍內(nèi)相等(用測量的物理量符號表示)，從而驗證了系統(tǒng)的機械能守恒．(3)如圖所示，A、B兩條直線是在A、B兩地分別用豎直向上的力F拉質(zhì)量分別為mA和mB的兩個物體得出的加速度a與力F之間的關(guān)系圖線，分析圖線可知　　　　①比較兩地的重力加速度，有gA＞gB；②比較兩物體的質(zhì)量，有mA＜mB；③比較兩地的重力加速度，有gA＝gB④比較兩物體的質(zhì)量，有mA＞mBA．③④   B．①② C．①④   D．②③解析：(1)游標(biāo)卡尺的主尺讀數(shù)為10mm，游標(biāo)讀數(shù)為0.05×10mm＝0.50mm，所以最終讀數(shù)為：10mm＋0.50mm＝10.50mm；螺旋測微的固定刻度讀數(shù)為7.5mm，可動刻度讀數(shù)為0.01×0.0mm＝0.000mm，所以最終讀數(shù)為：7.5mm＋0.000mm＝7.500mm；(2)滑塊經(jīng)過光電門時的瞬時速度v＝＝ m/s＝0.25 m/s；實驗驗證系統(tǒng)機械能守恒，系統(tǒng)動能的增加量ΔEk＝(M＋m)v2＝(M＋m)2，系統(tǒng)重力勢能的減小量ΔEp＝mgL，判斷(M＋m)2與mgL在誤差允許的范圍內(nèi)是否相等，所以本實驗還需要測量的物理量有：滑塊的質(zhì)量M，滑塊初始位置與光電門間距離L；(3)物體受拉力和重力，根據(jù)牛頓第二定律，有：F－mg＝ma，解得：a＝－g，可知a－F圖象中斜率表示，由圖可知A的斜率大于B的斜率，所以mA＜mB，根據(jù)圖象的縱軸截距的絕對值表示當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣龋?/span>gA＝gB，故D正確，A、B、C錯誤．答案：(1)10.50　7.500　(2)0.25 m/s　滑塊質(zhì)量M　光電門與滑塊初始位置距離L　mgL　(M＋m)2　(3)D   

相關(guān)教案

高考物理一輪總復(fù)習(xí)實驗教案 實驗一研究勻變速直線運動 (含答案)：

這是一份高考物理一輪總復(fù)習(xí)實驗教案 實驗一研究勻變速直線運動 (含答案)，共13頁。

高考物理一輪總復(fù)習(xí)實驗教案 實驗五探究動能定理 (含答案)：

這是一份高考物理一輪總復(fù)習(xí)實驗教案 實驗五探究動能定理 (含答案)，共13頁。

高考物理一輪總復(fù)習(xí)實驗教案 實驗三驗證力的平行四邊形定則 (含答案)：

這是一份高考物理一輪總復(fù)習(xí)實驗教案 實驗三驗證力的平行四邊形定則 (含答案)，共13頁。

英語朗讀寶
資料下載及使用幫助
版權(quán)申訴
  • 1.電子資料成功下載后不支持退換，如發(fā)現(xiàn)資料有內(nèi)容錯誤問題請聯(lián)系客服，如若屬實，我們會補償您的損失
  • 2.壓縮包下載后請先用軟件解壓，再使用對應(yīng)軟件打開；軟件版本較低時請及時更新
  • 3.資料下載成功后可在60天以內(nèi)免費重復(fù)下載
版權(quán)申訴
若您為此資料的原創(chuàng)作者，認(rèn)為該資料內(nèi)容侵犯了您的知識產(chǎn)權(quán)，請掃碼添加我們的相關(guān)工作人員，我們盡可能的保護您的合法權(quán)益。
入駐教習(xí)網(wǎng)，可獲得資源免費推廣曝光，還可獲得多重現(xiàn)金獎勵，申請 精品資源制作， 工作室入駐。
版權(quán)申訴二維碼
高考專區(qū)
  • 精品推薦
  • 所屬專輯11份
歡迎來到教習(xí)網(wǎng)
  • 900萬優(yōu)選資源，讓備課更輕松
  • 600萬優(yōu)選試題，支持自由組卷
  • 高質(zhì)量可編輯，日均更新2000+
  • 百萬教師選擇，專業(yè)更值得信賴
微信掃碼注冊
qrcode
二維碼已過期
刷新

微信掃碼，快速注冊

手機號注冊
手機號碼

手機號格式錯誤

手機驗證碼 獲取驗證碼

手機驗證碼已經(jīng)成功發(fā)送，5分鐘內(nèi)有效

設(shè)置密碼

6-20個字符，數(shù)字、字母或符號

注冊即視為同意教習(xí)網(wǎng)「注冊協(xié)議」及「隱私條款」
QQ注冊
手機號注冊
微信注冊

注冊成功

  • 0

    資料籃

  • 在線客服

    官方
    微信

    添加在線客服

    獲取1對1服務(wù)

  • 官方微信

    官方
    微信

    關(guān)注“教習(xí)網(wǎng)”公眾號

    打開微信就能找資料

  • 免費福利

    免費福利
返回
頂部