b1
可解得M=,F=.
kk
1b
[答案] (1)1.18 1.50 (2)未计入砝码盘的重力 (3)
kk
(2020·宁夏石嘴山高三模拟)在“探究加速度与质量的关系”的实验中
(1)备有器材:A.长木板;B.电磁打点计时器、低压交流电源、纸带;C.细绳、小车、砝码;D.装有细砂的小桶;E.薄木板;F.毫米刻度尺.还缺少的一件器材是________.
(2)实验得到如图(a)所示的一条纸带,相邻两计数点的时间间隔为T;B 、C间距s2和D、E间距s4已量出,利用这两段间距计算小车加速度的表达式为__________.
1
(3)同学甲根据实验数据画出如图(b)所示a-图线,从图线可得砂和砂桶的总质量为
m______kg.(g取10 m/s2)
(4)同学乙根据实验数据画出了图(c),从图线可知乙同学操作过程中可能__________________.
解析:(1)本题要测量小车的质量,则需要天平,所以还缺少的一件器材是天平. (2)根据逐差法得:s4-s2=2aT2 s4-s2
解得a=.
2T2
F1
(3)根据牛顿第二定律可知,a=,则F即为a-图象的斜率,所以砂和砂桶的总重力
mm2.4
m′g=F= N=0.2 N,
12解得m′=0.02 kg.
(4)由图(c)可知,图线不通过坐标原点,当F为某一值时,加速度为零,可知未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足.
s4-s2
答案:(1)天平 (2)a= 2T2(3)0.02(0.018~0.022均正确) (4)未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足
11
(1)如果a与是正比关系,则a-图象是直线,而若a与M是反比关系,则a-M图
MM1
象是曲线,在研究两个量的关系时,直线更易确定两者之间的关系,故本实验作a-图象.
M
(2)在平衡摩擦力时,除了不挂盘和重物外,其他都应跟正式实验一样,匀速运动的标志是打点计时器打出的纸带上各点间的距离相等.
(3)验证牛顿第二定律实验中,保持物体质量不变时,a-F图象应为一条过原点的直线,a-F图象不过原点可能是平衡小车摩擦力没有达到实验要求所致;保持合力不变时,a-M1
图象应是双曲线,不易确认,因此应作a-图象,该图象应为一条过原点的直线,图象不
M过原点一般是平衡小车摩擦力没有达到实验要求所致.
创新实验[学生用书P58]
实验装置图 创新/改进点 (1)实验方案的改进:系统总质量不变化,改变拉力得到若干组数据 (2)用传感器记录小车的时间t与位移x,直接绘制x-t图象 (3)利用牛顿第二定律求解实验中的某些参量,确定某些规律 (1)用传感器与计算机相连,直接得出小车的加速度 (2)图象法处理数据时,用钩码的质量m代替合力 F,即用a-m图象代替a-F图象 (1)用光电门代替打点计时器,遮光条结合光电门测得物块的初速度和末速度,由运动学公式求出加速度 (2)结合牛顿第二定律,该装置可以测出动摩擦因数 弹簧测力计测量小车所受的拉力,钩码的质量不需要远小于小车质量,更无需测钩码的质量 (1)气垫导轨代替长木板,无需平衡摩擦力 (2)力传感器测量滑块所受的拉力,钩码的质量不需要远小于滑块质量,更无需测钩码的质量 (3)用光电门代替打点计时器,遮光条结合光电门测得滑块的末速度,由刻度尺读出遮光条中心初 始位置与光电门之间的距离,由运动学公式求出加速度 【典题例析】
(2019·高考全国卷Ⅱ)如图(a),某同学设计了测量铁块与木板间动摩擦因数的实
验.所用器材有:铁架台、长木板、铁块、米尺、电磁打点计时器、频率50 Hz的交流电源、纸带等等.回答下列问题:
(1)铁块与木板间动摩擦因数μ=________(用木板与水平面的夹角θ、重力加速度g和铁块下滑的加速度a表示).
(2)某次实验时,调整木板与水平面的夹角使θ=30°.接通电源,开启打点计时器,释放铁块,铁块从静止开始沿木板滑下.多次重复后选择点迹清晰的一条纸带,如图(b)所示.图中的点为计数点(每两个相邻的计数点间还有4个点未画出).重力加速度为9.80 m/s2.可以计算出铁块与木板间的动摩擦因数为________(结果保留2位小数).
[解析] (1)对铁块受力分析,由牛顿第二定律有mgsin θ-μmgcos θ=ma,解得μ=gsin θ-a
.
gcos θ1
(2)两个相邻计数点之间的时间间隔T=5× s=0.10 s,由逐差法和Δx=aT2,可得a
50gsin θ-a
=1.97 m/s2,代入μ=,解得μ=0.35.
gcos θgsin θ-a
[答案] (1) (2)0.35
gcos θ (2020·湖北大冶一中高三模拟)某同学利用如图装置探究加速度与合外力
的关系.利用力传感器测量细线上的拉力.按照如下步骤操作:
①安装好打点计时器和纸带,调整导轨的倾斜程度,平衡小车摩擦力;②细线通过导轨一端光滑的定滑轮和动滑轮,与力传感器相连,动滑轮上挂上一定质量的钩码,将小车拉到靠近打点计时器的一端;③打开力传感器并接通打点计时器的电源(频率为50 Hz的交流电源);④释放小车,使小车在轨道上做匀加速直线运动;⑤关闭传感器,记录下力传感器的示数F;通过分析纸带得到小车加速度a;⑥改变钩码的质量,重复步骤①②③④⑤;⑦作出a-F图象,得到实验结论.
(1)某学校使用的是电磁式打点计时器,在释放小车前,老师拍下了几个同学实验装置的部分细节图,下列图中操作不正确的是__________.
(2)本实验在操作中是否要满足钩码的质量远远小于小车的质量?________(填写“需要”或“不需要”);某次释放小车后,力传感器示数为F,通过天平测得小车的质量为M,动滑轮和钩码的总质量为m,不计滑轮的摩擦,则小车的加速度理论上应等于________.
F
A.a=
2Mmg-2F
C.a=
M
F
B.a=
M2F
D.a=
M
(3)如图是某次实验测得的纸带的一段,可以判断纸带的________(填“左”或“右”)端与小车连接,在打点计时器打下计数点6时,小车的瞬时速度大小为________m/s(保留2位有效数字).
解析:(1)在释放小车前,纸带应该放在复写纸下方并保持纸带处于拉直状态,否则纸带与限位孔的摩擦力较大,误差更大,故A、B错误;在释放小车前,应使细线与长木板平行,故C错误;电磁式打点计时器应使用4~6 V交流电源,故D正确.
(2)本实验利用力传感器测量细线上的拉力,不需要用钩码的重力代替,所以不需要满
F
足钩码的质量远远小于小车的质量,根据牛顿第二定律得:a=,故B正确.
M
(3)纸带右侧两点间的距离越来越大,故左端与小车相连,计数点6的瞬时速度为计数0.03
点5到计数点7的平均速度,故v= m/s=0.75 m/s.
0.04
答案:(1)ABC (2)不需要 B (3)左 0.75
[学生用书P60]
1.(2018·高考全国卷Ⅱ)
某同学用图(a)所示的装置测量木块与木板之间的动摩擦因数.跨过光滑定滑轮的细线两端分别与木块和弹簧秤相连,滑轮和木块间的细线保持水平,在木块上方放置砝码.缓慢向左拉动水平放置的木板,当木块和砝码相对桌面静止且木板仍在继续滑动时,弹簧秤的示数即为木块受到的滑动摩擦力的大小.某次实验所得数据在表中给出,其中f4的值可从图(b)中弹簧秤的示数读出.
砝码的质量m/kg 滑动摩擦力f/N 0.05 2.15 0.10 2.36 0.15 2.55 0.20 f4 0.25 2.93
回答下列问题: (1)f4=________N;
(2)在图(c)的坐标纸上补齐未画出的数据点并绘出f-m图线;
(3)f与m、木块质量M、木板与木块之间的动摩擦因数μ及重力加速度大小g之间的关系式为f=________, f-m图线(直线)的斜率的表达式为k=________;
(4)取g=9.80 m/s2,由绘出的f-m图线求得μ=________.(保留2位有效数字)
2021年高三物理第一轮复习之第三章 牛顿运动定律:实验四 验证牛顿运动定律 讲义
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