
專題強(qiáng)化14 實(shí)驗(yàn):驗(yàn)證牛頓第二定律
1.進(jìn)一步理解探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)方法。2.會(huì)利用牛頓第二定律分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)誤差。
在“驗(yàn)證牛頓第二定律”實(shí)驗(yàn)中需注意以下幾個(gè)方面:1.平衡阻力:適當(dāng)墊高木板的右端,使小車的重力沿斜面方向的分力正好平衡小車和紙帶受到的阻力,在平衡阻力時(shí),不要把懸掛槽碼的細(xì)繩系在小車上,讓小車?yán)螯c(diǎn)的紙帶勻速運(yùn)動(dòng)。2.不重復(fù)平衡阻力。3.實(shí)驗(yàn)條件:小車的質(zhì)量m遠(yuǎn)大于槽碼的質(zhì)量m′。4.一先一后一按:改變拉力和小車質(zhì)量后,每次開始時(shí)小車應(yīng)盡量靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,并應(yīng)先接通電源,后釋放小車,且應(yīng)在小車到達(dá)定滑輪前按住小車。
5.作圖像時(shí),要使盡可能多的點(diǎn)在所作直線上,不在直線上的點(diǎn)應(yīng)盡可能均勻分布在所作直線兩側(cè)。6.作圖時(shí)兩坐標(biāo)軸標(biāo)度比例要選擇適當(dāng)。各量需采用國(guó)際單位。
某實(shí)驗(yàn)小組利用如圖所示的裝置探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系。
(1)下列做法正確的是________(填字母代號(hào))。A.調(diào)節(jié)滑輪的高度,使?fàn)恳緣K的細(xì) 繩與長(zhǎng)木板保持平行B.在調(diào)節(jié)木板傾斜度來(lái)平衡木塊受到 的阻力時(shí),將裝有砝碼的砝碼桶通 過(guò)定滑輪拴在木塊上C.實(shí)驗(yàn)時(shí),先放開木塊再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源D.通過(guò)增減木塊上的砝碼改變質(zhì)量時(shí),不需要重新調(diào)節(jié)木板傾斜度
實(shí)驗(yàn)中細(xì)繩要保持與長(zhǎng)木板平行,A項(xiàng)正確;平衡阻力時(shí)不能將裝有砝碼的砝碼桶通過(guò)定滑輪拴在木塊上,B項(xiàng)錯(cuò)誤;
實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源再放開木塊,C項(xiàng)錯(cuò)誤;通過(guò)增減木塊上的砝碼改變質(zhì)量時(shí),不需要重新平衡阻力,D項(xiàng)正確。
(2)為使砝碼桶及桶內(nèi)砝碼的總重力在數(shù)值上近似等于木塊運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的拉力,應(yīng)滿足的條件是砝碼桶及桶內(nèi)砝碼的總質(zhì)量________木塊和木塊上砝碼的總質(zhì)量。(選填“遠(yuǎn)大于”“遠(yuǎn)小于”或“近似等于”)
(3)甲、乙兩同學(xué)在同一實(shí)驗(yàn)室,各取一套如圖所示的裝置放在水平桌面上,木塊上均不放砝碼,在沒(méi)有平衡阻力的情況下,研究加速度a與拉力F的關(guān)系,分別得到圖中甲、乙兩條直線。設(shè)甲、乙用的木塊質(zhì)量分別為m甲、m乙,甲、乙用的木塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)分別為μ甲、μ乙,由圖可知,m甲________m乙,μ甲________μ乙。(選填“大于”“小于”或“等于”)
(2022·日照市高二開學(xué)考試)某物理社團(tuán)應(yīng)用如圖甲所示的裝置探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所接交流電源的頻率為50 Hz。
(1)對(duì)小車進(jìn)行平衡摩擦力時(shí),下列說(shuō)法正確的是____。A.在空沙桶的牽引下,輕推一下小車,使小車做勻速直線運(yùn)動(dòng)B.每一次都要保證小車從同一位置由靜止釋放C.每改變一次小車的質(zhì)量,都需要改變墊入的薄木片的高度D.改變沙桶內(nèi)沙的質(zhì)量,不需要重新改變墊入的薄木片的高度
對(duì)小車進(jìn)行平衡摩擦力時(shí),使小車所受重力沿木板方向的分力與小車所受的阻力平衡即可,故需要把木板沒(méi)有定滑輪一端墊起適當(dāng)高度,取下沙和沙桶,然后輕推小車,使小車做勻速直線運(yùn)動(dòng);平衡摩擦力后,每次改變小車的質(zhì)量或者改變沙桶內(nèi)沙的質(zhì)量,均不需要重新改變墊入的薄木片的高度,故A、C錯(cuò)誤,D正確;平衡摩擦力時(shí),不需要每一次都要保證小車從同一位置由靜止釋放,故B錯(cuò)誤。
(2)保持沙桶的質(zhì)量不變,通過(guò)增加小車中的砝碼改變小車的質(zhì)量M,分別測(cè)得小車不同質(zhì)量時(shí)對(duì)應(yīng)的加速度a,數(shù)據(jù)如下表所示。
檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)漏掉記錄其中的一個(gè)加速度數(shù)據(jù),于是同學(xué)們找出對(duì)應(yīng)的紙帶如圖乙所示,相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離已標(biāo)在圖上(每?jī)蓚€(gè)相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有4個(gè)點(diǎn)未畫出),測(cè)得該紙帶對(duì)應(yīng)的加速度a=________ m/s2。
依題意,根據(jù)逐差法,可求得該紙帶對(duì)應(yīng)的加速度大小為
(3)根據(jù)表格中的數(shù)據(jù),在圖丙上作出小車的加速度a與其質(zhì)量M之間的關(guān)系圖線,根據(jù)作出的圖線________(選填“能”或“不能”)判斷小車的加速度a與質(zhì)量M的定量關(guān)系。
根據(jù)表格中的數(shù)據(jù),描點(diǎn)連線,作出小車的加速度a與其質(zhì)量M之間的關(guān)系圖線如圖所示,根據(jù)F=Ma可知,小車加速度a與質(zhì)量M成反比,而反比例函數(shù)圖像是曲線,由于作出的圖線也為曲線,故很難判斷小車的加速度a與質(zhì)量M的定量關(guān)系。
(4)保持小車的質(zhì)量M不變,通過(guò)添加沙桶內(nèi)沙的質(zhì)量,分別測(cè)得沙與沙桶的質(zhì)量m以及對(duì)應(yīng)的小車加速度a,作出小車運(yùn)動(dòng)的加速度a和所受的拉力F的關(guān)系圖像如圖丁所示。不斷增加沙桶內(nèi)沙的質(zhì)量,a-F圖線明顯彎曲,加速度a趨向于______(已知g為重力加速度大小)。
根據(jù)牛頓第二定律有mg-F=maF=Ma
當(dāng)不斷增加沙桶內(nèi)沙的質(zhì)量,即當(dāng)m?M時(shí),則a-F圖線明顯彎曲,加速度a趨向于g。
1.某同學(xué)利用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置做“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)。(1)如圖為實(shí)驗(yàn)中打出的一條紙帶的一部分,紙帶上標(biāo)出了連續(xù)的5個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),依次為A、B、C、D和E,相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有4個(gè)點(diǎn)沒(méi)有標(biāo)出,已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所使用的交流電源的頻率為50 Hz。由紙帶量出相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的距離分別為xAB=4.22 cm、xBC=4.65 cm、xCD=5.08 cm、xDE=5.49 cm,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下C點(diǎn)時(shí),小車的速度大小為________ m/s,小車的加速度大小為_______ m/s2。(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)
兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔T=0.1 s,C點(diǎn)的瞬時(shí)速度等于BD段的平均速度,故有:
根據(jù)逐差法求得加速度大小為:
(2)某同學(xué)探究“保持物體所受合外力不變,其加速度與質(zhì)量的關(guān)系”時(shí),作出如圖所示的圖像,由圖像可知,小車受到的合外力的大小是____ N。
2.在做“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中,保持小車和砝碼的總質(zhì)量不變,測(cè)得小車的加速度a和拉力F的數(shù)據(jù)如表所示。
(1)根據(jù)表中的數(shù)據(jù)在如圖所示的坐標(biāo)系中作出a-F圖像。
根據(jù)所給數(shù)據(jù)在所給坐標(biāo)系中準(zhǔn)確描點(diǎn),作出的a-F圖像如圖所示。
(2)圖像斜率的物理意義是__________________________。
小車和砝碼總質(zhì)量的倒數(shù)
根據(jù)F=Ma及(1)中圖像可以判斷圖像斜率表示小車和砝碼總質(zhì)量的倒數(shù)。
(3)小車和砝碼的總質(zhì)量為_____ kg。
(4)圖線(或延長(zhǎng)線)在F軸上的截距的物理意義是_____________________。
小車受到的阻力為0.1 N
由a-F圖像可知,當(dāng)力F=0.1 N時(shí),小車開始運(yùn)動(dòng),說(shuō)明小車受到的阻力為0.1 N。
3.(2022·煙臺(tái)市高一期末)做“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)時(shí),某實(shí)驗(yàn)小組采用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置。實(shí)驗(yàn)小組在長(zhǎng)木板上B點(diǎn)處安裝了一個(gè)光電門,在小車上固定一遮光條,寬度為d,一端連著小車的細(xì)線,另一端繞過(guò)定滑輪與力傳感器相連,力傳感器下方懸掛槽碼。
(1)下列實(shí)驗(yàn)操作和要求必要的是______(選填選項(xiàng)前的字母);A.該實(shí)驗(yàn)操作前要平衡阻力B.該實(shí)驗(yàn)操作前不需要平衡阻力C.應(yīng)使A位置與光電門之間的距離適當(dāng)大些D.應(yīng)使小車質(zhì)量遠(yuǎn)大于槽碼和力傳感器的總 質(zhì)量
該實(shí)驗(yàn)操作前要平衡阻力,使細(xì)線的拉力等于小車所受的合外力,故A正確,B錯(cuò)誤;應(yīng)使A位置與光電門之間的距離適當(dāng)大些,故C正確;
力傳感器可以直接讀取拉力,故不需要滿足小車質(zhì)量遠(yuǎn)大于槽碼和力傳感器的總質(zhì)量,故D錯(cuò)誤;
(2)實(shí)驗(yàn)時(shí),在力傳感器下端掛上槽碼,另一端通過(guò)細(xì)線連接小車。調(diào)節(jié)木板上定滑輪的高度,使?fàn)恳≤嚨募?xì)線與木板平行。將小車從長(zhǎng)木板上的A點(diǎn)處由靜止釋放,
讀出遮光條通過(guò)B點(diǎn)處光電門的時(shí)間t和力傳感器示數(shù)F,用毫米刻度尺量出小車釋放點(diǎn)A點(diǎn)處到B點(diǎn)處光電門的距離L,根據(jù)以上測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算得出加速度的表達(dá)式為________(用題中測(cè)量的物理量字母表示);
由于遮光條通過(guò)光電門的時(shí)間極短,可以用平均速度表示瞬時(shí)速度,故小車過(guò)B點(diǎn)時(shí)的速度
根據(jù)速度位移關(guān)系公式有vB2=2aL
(4)實(shí)驗(yàn)小組根據(jù)記錄的多組F的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和計(jì)算得到的加速度a的數(shù)值,畫出了如圖乙所示的a-F圖像。圖像不過(guò)原點(diǎn)的主要原因是______________,為了使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更準(zhǔn)確,需要把甲圖中的墊塊向_____(選填“右”或“左”)移動(dòng)。
(3)保持小車的質(zhì)量不變,通過(guò)增加槽碼的個(gè)數(shù)來(lái)改變小車所受合外力大小,重復(fù)實(shí)驗(yàn)幾次,記錄多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
根據(jù)題圖可知,拉力達(dá)到一定值,才有加速度,所以不過(guò)原點(diǎn)的主要原因是平衡阻力時(shí),木板傾角偏小,即平衡阻力不足,為了使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更準(zhǔn)確,需要把題圖甲中的墊塊向右移動(dòng)。
4.(2022·濟(jì)寧市高一檢測(cè))某同學(xué)利用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行了“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn),該同學(xué)在鉤碼上方加裝了一個(gè)力傳感器,可以顯示上方細(xì)線拉力的大小。圖乙是某一次打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的一條記錄小車運(yùn)動(dòng)的紙帶。取計(jì)數(shù)點(diǎn)A、B、C、D、E,且相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)沒(méi)有標(biāo)出,計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離如圖乙所示,電源的頻率為50 Hz。
(1)實(shí)驗(yàn)中,下列說(shuō)法正確的是________。A.實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)先接通電源后釋放小車B.與小車相連的細(xì)線必須與木板平行C.實(shí)驗(yàn)中小車的質(zhì)量應(yīng)遠(yuǎn)大于鉤碼的質(zhì)量D.每次改變小車質(zhì)量時(shí),應(yīng)重新平衡阻力
打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用時(shí)應(yīng)該先接通電源,再釋放小車,故A正確;實(shí)驗(yàn)時(shí)細(xì)線必須與木板平行,B正確;
在鉤碼上方有力傳感器,可以直接測(cè)量細(xì)線上的拉力,所以不需要滿足小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼的質(zhì)量,C錯(cuò)誤;平衡阻力之后不需要重新平衡阻力,D錯(cuò)誤。
(2)由圖乙可求得小車運(yùn)動(dòng)的加速度大小a=______ m/s2(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)。
兩相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為T=0.1 s,
(3)該同學(xué)在實(shí)驗(yàn)前沒(méi)有測(cè)量小車的質(zhì)量,也忘記平衡阻力,在保持小車的質(zhì)量不變的情況下,進(jìn)行了多次實(shí)驗(yàn),得到了如圖丙所示的圖像,根據(jù)圖像可求得小車的質(zhì)量為____ kg。
在a-F圖像中,斜率表示小車質(zhì)量的倒數(shù),故
5.在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中,某同學(xué)使用了如圖所示的裝置,木板放在水平桌面上,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)頻率為50 Hz。
(1)實(shí)驗(yàn)中得到如圖所示的一段紙帶,每五個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),測(cè)得AB=7.65 cm,BC=10.17 cm,則實(shí)驗(yàn)測(cè)出小車的加速度大小為________ m/s2。
=2.52 m/s2。
(2)若直接按題中所示裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn),以砂和砂桶的總重力產(chǎn)生的拉力F為橫軸,通過(guò)紙帶分析得到的加速度a為縱軸,以下畫出的a-F圖像合理的是____。
若直接按題圖所示裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn),沒(méi)有平衡阻力,則當(dāng)力F達(dá)到某一值時(shí),小車才有加速度,可知畫出的a-F圖像合理的是C。
(3)實(shí)驗(yàn)中,砂和砂桶的總重力________(填“大于”“小于”或“等于”)繩子對(duì)小車的拉力,為了讓砂和砂桶的總重力大小更接近繩子對(duì)小車的拉力,應(yīng)讓砂和砂桶的總質(zhì)量________(填“遠(yuǎn)大于”或“遠(yuǎn)小于”)小車的質(zhì)量。
實(shí)驗(yàn)中,我們認(rèn)為繩子對(duì)小車的拉力的大小等于砂和砂桶(其總質(zhì)量為m)的總重力的大小,而實(shí)際上繩子的拉力T=mg-ma,故繩子對(duì)小車的拉力小于砂和砂桶的總重力。為了讓砂和砂桶的總重力大小更接近繩子對(duì)小車的拉力大小,應(yīng)讓砂和砂桶的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量。
(4)若第(2)問(wèn)中四個(gè)圖像中的圖線(B、C圖線中的直線部分)的斜率為k,則小車的質(zhì)量M=____。
6.(2022·長(zhǎng)治市第二中學(xué)高一開學(xué)考試)為了探究質(zhì)量一定時(shí)加速度與力的關(guān)系,一同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置。其中M為帶滑輪的小車的質(zhì)量,m為砂和砂桶的質(zhì)量。(滑輪質(zhì)量不計(jì))
(1)實(shí)驗(yàn)時(shí),一定要進(jìn)行的操作是_______。A.用天平測(cè)出砂和砂桶的質(zhì)量B.將帶滑輪的長(zhǎng)木板右端墊高,以 平衡阻力C.小車靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源,再釋放小車,打出 一條紙帶,同時(shí)記錄彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)D.改變砂和砂桶的質(zhì)量,打出幾條紙帶E.為減小誤差,實(shí)驗(yàn)中一定要保證砂和砂桶的質(zhì)量m遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量M
本題拉力可以由彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)出,不需要用天平測(cè)出砂和砂桶的質(zhì)量,也就不需要使砂和砂桶的質(zhì)量遠(yuǎn)小于車的質(zhì)量,故A、E錯(cuò)誤;
該題是彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)出拉力,從而表示小車受到的合外力,應(yīng)將帶滑輪的長(zhǎng)木板右端墊高,以平衡阻力,故B正確;小車靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用時(shí),都是先接通電源,待打點(diǎn)穩(wěn)定后再釋放紙帶,該實(shí)驗(yàn)探究加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系,要記錄彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù),故C正確;改變砂和砂桶的質(zhì)量,即改變拉力的大小,打出幾條紙帶,研究加速度隨F變化的關(guān)系,故D正確。
(2)該同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中得到如圖所示的一條紙帶(兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有兩個(gè)點(diǎn)沒(méi)有畫出),已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器采用的是頻率為50 Hz的交流電,根據(jù)紙帶可求出小車的加速度為_____ m/s2(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。
由于兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有兩個(gè)點(diǎn)沒(méi)有畫出,相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔T=0.06 s根據(jù)逐差法Δx=aT2
(3)以彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F為橫軸,加速度為縱軸,畫出的a-F圖像是一條直線,如圖所示,圖線與橫軸的夾角為θ,求得圖線的斜率為k,則小車的質(zhì)量為____。
這是一份物理教科版 (2019)5 速度變化的快慢與方向——加速度精品課件ppt,文件包含第一章專題強(qiáng)化1速度加速度及運(yùn)動(dòng)圖像pptx、第一章專題強(qiáng)化練1速度加速度及運(yùn)動(dòng)圖像專練docx、第一章專題強(qiáng)化1速度加速度及運(yùn)動(dòng)圖像教師版docx、第一章專題強(qiáng)化1速度加速度及運(yùn)動(dòng)圖像學(xué)習(xí)筆記docx等4份課件配套教學(xué)資源,其中PPT共48頁(yè), 歡迎下載使用。
這是一份物理必修 第一冊(cè)7 超重與失重公開課ppt課件,文件包含第四章7超重與失重pptx、第四章7超重與失重專練docx、第四章7超重與失重教師版docx、第四章7超重與失重學(xué)習(xí)筆記docx等4份課件配套教學(xué)資源,其中PPT共55頁(yè), 歡迎下載使用。
這是一份教科版 (2019)必修 第一冊(cè)5 牛頓第三定律獲獎(jiǎng)ppt課件,文件包含第四章5牛頓第三定律pptx、第四章5牛頓第三定律專練docx、第四章5牛頓第三定律教師版docx、第四章5牛頓第三定律學(xué)習(xí)筆記docx等4份課件配套教學(xué)資源,其中PPT共47頁(yè), 歡迎下載使用。
微信掃碼,快速注冊(cè)
注冊(cè)成功