20xx版高考物理人教版一輪學(xué)案：實(shí)驗(yàn)四-驗(yàn)證牛頓運(yùn)動(dòng)定律-【含答案】(編輯修改稿)
2025-04-05 05:21 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 記錄小車的時(shí)間t與位移x，直接繪制x－t圖像。3．利用牛頓第二定律求解實(shí)驗(yàn)中的某些參量，確定某些規(guī)律。1．用傳感器與計(jì)算機(jī)相連，直接得出小車的加速度。2．用圖像法處理數(shù)據(jù)時(shí)，用鉤碼的質(zhì)量m代替合力F，即用a－m圖像代替a－F圖像。1．用光電門代替打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，遮光條結(jié)合光電門測(cè)得物塊的初速度和末速度，由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求出加速度。2．結(jié)合牛頓第二定律，該裝置可以測(cè)出動(dòng)摩擦因數(shù)。彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量小車所受的拉力，鉤碼的質(zhì)量不需要遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量，更無需測(cè)鉤碼的質(zhì)量。1．氣墊導(dǎo)軌代替長木板，無需平衡摩擦力。2．力傳感器測(cè)量滑塊所受的拉力，鉤碼的質(zhì)量不需要遠(yuǎn)小于滑塊質(zhì)量，更無需測(cè)鉤碼的質(zhì)量。3．用光電門代替打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，遮光條結(jié)合光電門測(cè)得滑塊的末速度，由刻度尺讀出遮光條中心初始位置與光電門之間的距離，由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求出加速度。例2 (2020山東煙臺(tái)一模)實(shí)驗(yàn)小組用圖甲所示的裝置既可以探究加速度與合力的關(guān)系，又可以測(cè)量當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?。裝置中的物塊下端連接紙帶，沙桶中可放置細(xì)沙以便改變物塊所受到力的大小，物塊向上運(yùn)動(dòng)的加速度a可由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和紙帶測(cè)出，現(xiàn)保持物塊質(zhì)量不變，逐漸增大沙桶和沙的總質(zhì)量進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，得到多組a、F值(F為力傳感器的示數(shù)，大小等于懸掛滑輪繩子的拉力)，不計(jì)滑輪的重力。(1)某同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫出了a－F關(guān)系圖線如圖乙所示，則由該圖像可求得物塊的質(zhì)量m＝ kg，當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭＝10 m/s2(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)。(2)改變沙桶和沙的總質(zhì)量M使物塊獲得不同大小的加速度a，則實(shí)驗(yàn)得到的加速度a的值可能是CD(填選項(xiàng)前的字母)。A． m/s2 B． m/s2C． m/s2 D． m/s2[解析] 本題考查利用力傳感器探究加速度與合力、質(zhì)量的關(guān)系。(1)對(duì)物塊分析可得FT－mg＝ma，對(duì)滑輪應(yīng)有F＝2FT，聯(lián)立以上方程可得a＝F－g，可得a－F圖線的斜率k＝，代入圖像數(shù)據(jù)解得m＝ kg，縱軸的截距－g＝－10 m/s2，解得g＝10 m/s2。(2)對(duì)整體分析，據(jù)牛頓第二定律a＝g，符合條件的只有C、D。〔變式訓(xùn)練2〕現(xiàn)要驗(yàn)證“當(dāng)質(zhì)量一定時(shí)，物體運(yùn)動(dòng)的加速度與它所受的合外力成正比”這一規(guī)律。所用實(shí)驗(yàn)裝置及操作如下：一光滑長木板AB一端搭在固定在水平面上的豎直擋板上。讓小車自木板上一固定點(diǎn)O從靜止開始下滑到B點(diǎn)，用計(jì)時(shí)器記下該過程所用的時(shí)間t，用米尺測(cè)出O、B兩點(diǎn)之間的距離L以及O點(diǎn)到水平面的高度h。改變高度h，重復(fù)上述測(cè)量。(1)小車的加速度a＝；(2)若第5次的高度h是第1次的2倍，則第5次小車所受的合外力大小等于，(填“大于”“小于”或“等于”)第1次的2倍；(3)以h為縱坐標(biāo)，(填“t2”或“”)為橫坐標(biāo)，若根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出的圖像為一條過原點(diǎn)的傾斜直線，則規(guī)律得到驗(yàn)證。[解析] (1)由位移—時(shí)間關(guān)系式L＝at2可得a＝。(2)小車在木板上受到豎直向下的重力、垂直于木板面的支持力，這兩個(gè)力在垂直木板面方向的合力大小為零，沿木板面方向的合力為mgsin α(α為木板與水平面間的夾角)，而O點(diǎn)到水平面的高度為h，根據(jù)幾何關(guān)系有sin α＝，所以小車受到的合外力F＝。若第5次的高度h是第1次的2倍，則第5次所受的合外力大小等于第1次的2倍。(3)根據(jù)a＝，a＝且F＝，得h＝，即以h為縱坐標(biāo)，為橫坐標(biāo)，若根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出的圖像為一條過原點(diǎn)的傾斜直線，則規(guī)律得到驗(yàn)證。考點(diǎn)三 教材實(shí)驗(yàn)拓展——測(cè)定動(dòng)摩擦因數(shù)例3 (2021河南三門峽期中)如圖所示為測(cè)量物塊與水平桌面之間動(dòng)摩擦因數(shù)的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖，實(shí)
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