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1、在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么实验四验证牛顿运动定律在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么实验实验目的和器材目的和器材实验实验原理原理实验实验目的目的1.1.学会用控制学会用控制变变量法研究物理量法研究物理规规律。律。2.2.验证验证牛牛顿顿第二定律。第二定律。3.3.掌握利用掌握利用图图像像处处理数据的方法。理数据的方法。探究加速度探究加速度a a与力与力F F及及质质量量M M的关系的关系时时,应应用的基用的基本方法是控制本方法是控制变变量法量法,即先
2、控制一个参量即先控制一个参量小小车车的的质质量量M M不不变变,探究探究加速度加速度a a与力与力F F的关系的关系;再控制小再控制小盘盘和砝和砝码码的的质质量不量不变变,即力即力F F不不变变,探究探究加速度加速度a a与小与小车质车质量量M M的的关系。关系。实验实验器材器材打点打点计时计时器、器、纸带纸带、复写、复写纸纸、小、小车车、一端附有定滑一端附有定滑轮轮的的长长木板、小木板、小盘盘、夹夹子、子、细绳细绳、低、低压压交流交流电电源、源、导线导线、天、天平、刻度尺、砝平、刻度尺、砝码码、薄木、薄木块块。在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为
3、浪费这一点点算不了什么【实验过程】【实验过程】一、实验步骤一、实验步骤1.1.称量质量：用天平测量小盘的质量称量质量：用天平测量小盘的质量m m0 0和小车的质量和小车的质量M M0 0。2.2.安装器材：按照如图所示装置把实验器材安装好安装器材：按照如图所示装置把实验器材安装好,只是不把悬挂小只是不把悬挂小盘的细绳系在小车上盘的细绳系在小车上(即不给小车牵引力即不给小车牵引力)。在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么3.3.
4、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,反复移动薄木块的位置反复移动薄木块的位置,直至小车在斜面上运动时可以保持匀速运动直至小车在斜面上运动时可以保持匀速运动状态。状态。4.4.让小车靠近打点计时器让小车靠近打点计时器,挂上小盘和砝码挂上小盘和砝码,先接通电源先接通电源,再让小车拖再让小车拖着纸带在木板上匀加速下滑着纸带在木板上匀加速下滑,打出一条纸带。计算小盘和砝码的重力打出一条纸带。计算小盘和砝码的重力,即为小车所受的合外力即为小车所受的合外力,由纸带计算出小车的加速度由纸带计算出小车的加速度,并把力和对应的并把力和
5、对应的加速度填入表加速度填入表1 1中。中。5.5.改变小盘内砝码的个数改变小盘内砝码的个数,重复步骤重复步骤4,4,并多做几次。并多做几次。在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么6.6.保持小盘内的砝码个数不变保持小盘内的砝码个数不变,在小车上放上砝码改变小车的质量在小车上放上砝码改变小车的质量,让让小车在木板上滑动打出纸带。计算砝码和小车的总质量小车在木板上滑动打出纸带。计算砝码和小车的总质量M,M,并由纸带计并由纸带计算出小车对应的加速度算出小车对应的加速度,并将所对应的质量和加速度填入表并将所对应的质量和加速度填入表2
6、2中。中。7.7.改变小车上砝码的个数改变小车上砝码的个数,重复步骤重复步骤6,6,并多做几次。并多做几次。在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么表表1 1实验实验次数次数加速度加速度a/msa/ms-2-2小小车车受力受力F/NF/N1 12 23 34 4在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么表表2 2实验实验次数次数加速度加速度a/msa/ms-2-2小小车车和砝和砝码码的的总质总质量量M/kgM/kg1 12 23 34 4在日常生活中，随处都可以看到浪费
7、粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么二、数据处理二、数据处理1.1.计算加速度：先在纸带上标明计数点计算加速度：先在纸带上标明计数点,测量各计数点间的距离测量各计数点间的距离,根据根据逐差法计算各条纸带对应的加速度。逐差法计算各条纸带对应的加速度。2.2.作图像找关系：根据记录的各组对应的加速度作图像找关系：根据记录的各组对应的加速度a a与小车所受牵引力与小车所受牵引力F,F,建立直角坐标系建立直角坐标系,描点画描点画a-Fa-F图像图像,如果图像是一条过原点的倾斜直如果图像是一条过原点的倾斜直线线,便证明加速度与作用力成正比。再根据记录的各组对应的加速度
8、便证明加速度与作用力成正比。再根据记录的各组对应的加速度a a与小车和砝码总质量与小车和砝码总质量M,M,建立直角坐标系建立直角坐标系,描点画描点画a-a-图像图像,如果图像如果图像是一条过原点的倾斜直线是一条过原点的倾斜直线,就证明了加速度与质量成反比。就证明了加速度与质量成反比。在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么【误差分析】【误差分析】1.1.系统误差：系统误差：(1)(1)产生原因：实验原理不完善引起的误差。产生原因：实验原理不完善引起的误差。本实验用小盘和砝码的总重力本实验用小盘和砝码的总重力mgmg代替小车的拉力代
9、替小车的拉力,而实际上小车所受而实际上小车所受的拉力要小于小盘和砝码的总重力。小盘和砝码的总质量越小于小车的拉力要小于小盘和砝码的总重力。小盘和砝码的总质量越小于小车的质量的质量,由此引起的误差就越小。由此引起的误差就越小。(2)(2)减小方法：满足小盘和砝码的总质量远小于小车的质量。减小方法：满足小盘和砝码的总质量远小于小车的质量。在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么2.2.偶然误差：偶然误差：(1)(1)产生原因：摩擦力平衡不准确、质量测量不准确、计数点间距测产生原因：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
10、、纸带和细绳不严格与木板平行都会引起误差。量不准确、纸带和细绳不严格与木板平行都会引起误差。(2)(2)减小方法。减小方法。利用打点计时器打下的纸带通过刻度尺来精确操作利用打点计时器打下的纸带通过刻度尺来精确操作,确保平衡摩擦确保平衡摩擦力。力。测量的物理量可以利用多次测量取平均值的方法来减小误差。测量的物理量可以利用多次测量取平均值的方法来减小误差。在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么【注意事项】【注意事项】1.1.平衡摩擦力：在平衡摩擦力时平衡摩擦力：在平衡摩擦力时,不要把悬挂小盘的细绳系在小车上不要把悬挂小盘的细绳系在小
11、车上,即不要给小车加任何牵引力即不要给小车加任何牵引力,且要让小车拖着纸带匀速运动。且要让小车拖着纸带匀速运动。2.2.实验条件：每条纸带都必须在满足小车的质量远大于小盘和砝码的实验条件：每条纸带都必须在满足小车的质量远大于小盘和砝码的总质量的条件下打出。只有如此总质量的条件下打出。只有如此,小盘和砝码的总重力才可视为小车小盘和砝码的总重力才可视为小车受到的拉力。受到的拉力。3.3.作图：作图时作图：作图时,两坐标轴的比例要适当两坐标轴的比例要适当,要使尽可能多的点落在所作要使尽可能多的点落在所作直线上直线上,不在直线上的点应尽可能对称地分布在所作直线两侧。不在直线上的点应尽可能对称地分布在所
12、作直线两侧。在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么【实验改进】【实验改进】1.1.实验器材的改进：用气垫导轨替代长木板。实验器材的改进：用气垫导轨替代长木板。2.2.数据处理方法的改进：小车的加速度用传感器测量数据处理方法的改进：小车的加速度用传感器测量,借助计算机处借助计算机处理。理。3.3.实验方法的改进：用气垫导轨和两个光电门来完成此实验。实验方法的改进：用气垫导轨和两个光电门来完成此实验。在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么热热点点1 1 对实验对实验原
13、理与注意事原理与注意事项项的考的考查查【例【例证证1 1】(2014(2014新新课标课标全国卷全国卷)某同学利用某同学利用图图甲所示甲所示实验实验装置及数装置及数字化信息系字化信息系统获统获得了小得了小车车加速度加速度a a与与钩码钩码的的质质量量m m的的对应对应关系关系图图,如如图图乙所示。乙所示。实验实验中小中小车车(含含发发射器射器)的的质质量量为为200g,200g,实验时选择实验时选择了不可伸了不可伸长长的的轻质细绳轻质细绳和和轻轻定滑定滑轮轮,小小车车的加速度由位移的加速度由位移传传感器及与之相感器及与之相连连的的计计算机得到。回答下列算机得到。回答下列问题问题：在日常生活中，
14、随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么(1)(1)根据该同学的结果根据该同学的结果,小车的加速度与钩码的质量成小车的加速度与钩码的质量成_(_(选选填填“线性线性”或或“非线性非线性”)”)关系。关系。在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么(2)(2)由图乙可知由图乙可知,a-m,a-m图线不经过原点图线不经过原点,可能的原因是可能的原因是_。(3)(3)若利用本实验装置来验证若利用本实验装置来验证“在小车质量不变的情况下在小车质量不变的情况下,小车的加速小车的加速度与作用力成
15、正比度与作用力成正比”的结论的结论,并直接以钩码所受重力并直接以钩码所受重力mgmg作为小车受到作为小车受到的合外力的合外力,则实验中应采取的改进措施是则实验中应采取的改进措施是_,_,钩码钩码的质量应满足的条件是的质量应满足的条件是_。在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么【解【解题题探究】探究】(1)(1)本本题题的装置甲中的装置甲中,轨轨道是否平衡了摩擦力道是否平衡了摩擦力?提示：提示：由乙图可知由乙图可知,小车的加速度为零时小车的加速度为零时,钩码的质量不为零钩码的质量不为零,说明没有说明没有平衡摩擦力。平衡摩擦力。(2
16、)a-m(2)a-m图线为图线为什么不是直什么不是直线线?提示：提示：随着钩码质量的增加随着钩码质量的增加,绳对小车的拉力比钩码的重力小得越来绳对小车的拉力比钩码的重力小得越来越多。越多。在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么【解析】【解析】本题考查了验证牛顿第二定律。本题考查了验证牛顿第二定律。(1)(1)根据图中描出的各点根据图中描出的各点,作作出的图像不是一条直线。出的图像不是一条直线。(2)(2)图像不过原点图像不过原点,有拉力但没有加速度有拉力但没有加速度,原原因是摩擦力的影响。因是摩擦力的影响。(3)(3)平衡摩擦力
17、之后平衡摩擦力之后,在满足钩码质量远小于小车在满足钩码质量远小于小车质量的条件下质量的条件下,可以得出小车质量不变情况下拉力与加速度成正比的可以得出小车质量不变情况下拉力与加速度成正比的结论。结论。在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么答案：答案：(1)(1)非线性非线性(2)(2)存在摩擦力存在摩擦力(3)(3)调整轨道倾斜度以平衡摩擦力远小于小车质量调整轨道倾斜度以平衡摩擦力远小于小车质量在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么热热点点2 2 对实验对实验数据的
18、数据的处处理与理与误误差分析的考差分析的考查查【例【例证证2 2】(2013(2013天津高考天津高考)某某实验实验小小组组利用利用图图示的装置探究加速度与示的装置探究加速度与力、力、质质量的关系。量的关系。在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么(1)(1)下列做法正确的是下列做法正确的是()A.A.调节滑轮的高度调节滑轮的高度,使牵引木块的细绳与长木板保持平行使牵引木块的细绳与长木板保持平行B.B.在调节木板倾斜度平衡木块受到的滑动摩擦力时在调节木板倾斜度平衡木块受到的滑动摩擦力时,将装有砝码的砝将装有砝码的砝码桶通过定滑轮拴
19、在木块上码桶通过定滑轮拴在木块上C.C.实验时实验时,先放开木块再接通打点计时器的电源先放开木块再接通打点计时器的电源D.D.通过增减木块上的砝码改变质量时通过增减木块上的砝码改变质量时,不需要重新调节木板倾斜度不需要重新调节木板倾斜度在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么(2)(2)为使砝码桶及桶内砝码的总重力在数值上近似等于木块运动时受为使砝码桶及桶内砝码的总重力在数值上近似等于木块运动时受到的拉力到的拉力,应满足的条件是砝码桶及桶内砝码的总质量应满足的条件是砝码桶及桶内砝码的总质量_木木块和木块上砝码的总质量。块和木块上砝
20、码的总质量。(选填选填“远大于远大于”“”“远小于远小于”或或“近似等近似等于于”)”)在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么(3)(3)甲、乙两同学在同一甲、乙两同学在同一实验实验室室,各取一套各取一套图图示的装示的装置放在水平桌面上置放在水平桌面上,木木块块上均不放砝上均不放砝码码,在没有平衡在没有平衡摩擦力的情况下摩擦力的情况下,研究加速度研究加速度a a与拉力与拉力F F的关系的关系,分分别别得到得到图图中甲、乙两条直中甲、乙两条直线线,设设甲、乙用的木甲、乙用的木块质块质量量分分别为别为m m甲甲、m m乙乙,甲、乙用
21、的木甲、乙用的木块块与木板与木板间间的的动动摩擦因数分摩擦因数分别为别为甲甲、乙乙,由由图图可知可知,m,m甲甲_m_m乙乙,甲甲_乙乙。(选选填填“大于大于”“”“小于小于”或或“等于等于”)”)在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么【解【解题题探究】探究】(1)(1)实验实验中木中木块块的合外力由的合外力由谁谁来提供来提供?如何如何实现实现?提示：提示：实验中绳的拉力提供木块的合外力实验中绳的拉力提供木块的合外力;而实验时而实验时,木块会受到摩擦木块会受到摩擦力的作用力的作用,为消除摩擦力的影响为消除摩擦力的影响,实验前要在
22、悬挂砝码桶前平衡摩擦力。实验前要在悬挂砝码桶前平衡摩擦力。在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么(2)(2)砝砝码码桶及桶内砝桶及桶内砝码码的的总总重力在数重力在数值值上近似等于木上近似等于木块块运运动时动时受到的拉受到的拉力的分析：力的分析：对对木木块块列牛列牛顿顿第二定律方程：第二定律方程：_。对对砝砝码码桶及桶内砝桶及桶内砝码码列牛列牛顿顿第二定律方程：第二定律方程：_。请请根据以上两个方程写出拉力根据以上两个方程写出拉力F F的表达式的表达式,分析拉力近似等于砝分析拉力近似等于砝码码桶桶及桶内砝及桶内砝码码的的总总重力的
23、条件。重力的条件。提示：提示：解以上两个方程得解以上两个方程得F=F=当当mmm m时时,F=mg,F=mg。F=maF=mamg-F=mamg-F=ma在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么(3)(3)在没有平衡摩擦力的情况下在没有平衡摩擦力的情况下,根据牛根据牛顿顿第二定律写出第二定律写出a-Fa-F函数关系式函数关系式,分析分析图图像中斜率和截距的物理意像中斜率和截距的物理意义义。提示：提示：在没有平衡摩擦力的情况下在没有平衡摩擦力的情况下,根据牛顿第二定律根据牛顿第二定律F-mg=ma,F-mg=ma,得得a=F-g,a
24、=F-g,在在a-Fa-F图像中图像中,斜率表示质量的倒数斜率表示质量的倒数 ,a ,a轴上的截距的绝轴上的截距的绝对值表示对值表示gg。在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么【解析】【解析】(1)(1)选选A A、D D。木块下滑时。木块下滑时,受到重力、细绳的拉力、支持力和受到重力、细绳的拉力、支持力和摩擦力摩擦力,要使拉力等于合力要使拉力等于合力,应该使细绳与长木板平行且使重力的下滑应该使细绳与长木板平行且使重力的下滑分量分量mgsinmgsin等于摩擦力等于摩擦力mgcos,mgcos,即即mgsin=mgcos(mgs
25、in=mgcos(其中其中为木为木板的倾角板的倾角),),故平衡摩擦力时故平衡摩擦力时,不能悬挂砝码桶不能悬挂砝码桶,A,A正确正确,B,B错误错误;由平衡摩由平衡摩擦力的公式可知两边的质量擦力的公式可知两边的质量m m可以消去可以消去,故改变木块上的砝码的质量时故改变木块上的砝码的质量时,木块及其上砝码的总重力的下滑力仍能和总的摩擦力抵消木块及其上砝码的总重力的下滑力仍能和总的摩擦力抵消,不需要重新不需要重新调节木板倾斜度调节木板倾斜度,故故D D正确正确;通过纸带求木块加速度通过纸带求木块加速度,要求打点计时器在要求打点计时器在纸带上打出足够多的点纸带上打出足够多的点,这就要求将木块放在靠
26、近打点计时器的位置这就要求将木块放在靠近打点计时器的位置,并且先接通打点计时器并且先接通打点计时器,待打点稳定后再释放木块待打点稳定后再释放木块,故选项故选项C C错误。错误。在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么(2)(2)实验中平衡好摩擦力后实验中平衡好摩擦力后,绳的拉力提供木块的合外力即绳的拉力提供木块的合外力即F=ma;F=ma;砝码砝码桶及桶内砝码与木块运动的加速度相等桶及桶内砝码与木块运动的加速度相等,由牛顿第二定律得由牛顿第二定律得mg-mg-F=ma,F=ma,两式联立得两式联立得mg=(m+m)a,mg=(m+
27、m)a,当当mmm m时时,m+mm,mgma,m+mm,mgma,即当即当mmm m时时,砝码桶及桶内砝码的总重力近似等于木块运动时受到砝码桶及桶内砝码的总重力近似等于木块运动时受到的拉力的拉力,提供木块的合外力提供木块的合外力,故应选填故应选填“远小于远小于”。在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么(3)(3)实验中如果没有平衡摩擦力实验中如果没有平衡摩擦力,对木块进行受力分析对木块进行受力分析,根据牛顿第二根据牛顿第二定律定律F-mg=ma,F-mg=ma,得得a=F-g,a=F-g,即即a-Fa-F图像中图像中,斜率表示
28、质量的倒数斜率表示质量的倒数 ,a ,a轴上的截距的绝对值表示轴上的截距的绝对值表示g,g,结合图可得结合图可得m m甲甲m乙乙。答案：答案：(1)A(1)A、D D(2)(2)远小于远小于(3)(3)小于大于小于大于在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么高考考情演高考考情演变变装置装置时时代化代化在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么高考考情演高考考情演变变求解智能化求解智能化1.1.平衡摩擦力：靠小车重力的下滑分力平衡摩擦力平衡摩擦力：靠小车重力的下滑分力平衡
29、摩擦力气气垫导轨减小摩擦力。垫导轨减小摩擦力。2.2.加速度测量法：通过打点纸带求加速度加速度测量法：通过打点纸带求加速度测定通过测定通过的时间的时间,由由 求出加速度求出加速度小车的加速度小车的加速度由位移传感器及与之相连的计算机得到。由位移传感器及与之相连的计算机得到。在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么复习启示：高考实验题一般源于教材而不拘泥于教材复习启示：高考实验题一般源于教材而不拘泥于教材,是在教材实验是在教材实验的基础上创设新情境。因此的基础上创设新情境。因此,要在夯实教材实验的基础上注重迁移创要在夯实教材实验的基础上注重迁移创新能力的培养新能力的培养,善于用教材中实验的原理、方法和技巧处理新问题。善于用教材中实验的原理、方法和技巧处理新问题。