高2021届高2018级高中物理大一轮复习资料三维设计课件教师用书第三章牛顿运动定律

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因数μ＝________(保留两位有效数字)；μ的测量值________(选填“大于”“小于”或“等于”)真实值,原因是________________________(写出一个即可)。

(3)实验中________(选填“需要”或“不需要”)满足悬挂钩码总质量远小于木块和槽中钩码总质量。

[三步稳解题]

1.分析实验目的:利用牛顿第二定律测量木块与木板间的动摩擦因数。 2.确定实验原理:利用牛顿第二定律: mg－μ(M＋0.02n－m)g＝(M＋0.02n)a 可得:a＝m－μg。

M＋0.02n

结合a-m图像求出木块与木板间的动摩擦因数。 3.制定数据处理方案

木块的加速度大小可由逐差法求得。

由牛顿第二定律可知,a-m图线在纵轴上的截距大小为μg,可代入g＝9.8 m/s2,求出μ大小。

x36－x03

[解析] (1)已知打点周期T＝0.02 s,根据逐差法可得木块的加速度为:a＝ 9T2?8.20－3.50－3.50?×10－2＝ m/s2 2

9×0.02＝3.33 m/s2。

(2)设木块的质量为M,根据牛顿第二定律有,mg－f＝(M＋0.02n)a,f＝μ(M＋0.02n－m)g,?1＋μ?g

联立可解得加速度为:a＝m－μg,由丙图可知,当m＝0时,a＝μg＝3.3 m/s2,则木块与

M＋0.02n木板间动摩擦因数μ＝0.34,因滑轮与轴承、细线间有摩擦,纸带与打点计时器间有摩擦,所以测量值大于真实值。

(3)实验中没有采用细线拉力等于重力,所以不需要满足悬挂钩码总质量远小于木块和槽中钩码总质量。

[答案] (1)3.33 (2)0.33(0.32～0.36均可) 大于 滑轮与轴承、细线间有摩擦,纸带与打点计时器间有摩擦等 (3)不需要

?1＋μ?g

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[例2] 为了探究物体质量一定时加速度与力的关系,甲、乙同学设计了如图(a)所示的实验装置,其中M为小车的质量,m为砂和砂桶的总质量,m0为滑轮的质量。力传感器可测出轻绳中的拉力大小。

(1)实验时,一定要进行的操作是________。 A.用天平测出砂和砂桶的总质量

B.将带滑轮的长木板右端垫高,以平衡摩擦力

C.小车靠近打点计时器,先接通电源,再释放小车,打出一条纸带,同时记录力传感器的示数

D.为减小误差,实验中一定要保证砂和砂桶的总质量m远小于小车的质量M

(2)甲同学在实验中得到如图(b)所示的一条纸带(两计数点间还有四个点没有画出),已知打点计时器采用的是频率为50 Hz的交流电,根据纸带可求出小车的加速度为______ m/s2(结果保留三位有效数字)。

(3)甲同学以力传感器的示数F为横坐标,加速度a为纵坐标,画出的a-F图线是一条直线,如图(c)所示,图线与横坐标的夹角为θ,求得图线的斜率为k,则小车的质量M＝________。

1A. tan θ2

C.－m0 k

1B.－m0 tan θ2D. k

(4)乙同学根据测量数据作出如图(d)所示的a-F图线,该同学做实验时存在的问题是________________________________________________________________________。

[三步稳解题]

1.分析实验目的:验证质量一定时加速度与力的关系。

2.确定实验原理:对小车和滑轮组成的系统,由牛顿第二定律可得2F＝(m0＋M)a,可得出

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2a＝F。 M＋m0

3.制定数据处理方案:由力传感器测出绳的拉力大小F,平衡摩擦力后,小车的合外力为2F,由纸带利用逐差法可求出小车的加速度a,此时k＝

2

；如果没有平衡摩擦力或平衡m0＋M

摩擦力不够,则2F－f＝(M＋m0)a,a＝

f2

F－,图线与横轴有交点。 M＋m0M＋m0

[解析] (1)验证牛顿第二定律的实验原理是F＝Ma,本题绳中拉力可以由力传感器测出,不需要用天平测出砂和砂桶的质量,也就不需要使砂和砂桶的总质量m远小于小车的质量M,A、D错误。用力传感器测量绳子的拉力,则力传感器示数的2倍等于小车受到的合外力大小,需要平衡摩擦力,B正确。释放小车之前应先接通电源,待打点稳定后再释放小车,该实验还需要记录力传感器的示数,C正确。

(2)由逐差法计算加速度,

?x34＋x45＋x56?－?x01＋x12＋x23?

a＝,其中T＝0.1 s,代入数据解得a＝2.00 m/s2。

?3T?2

22

(3)对小车与滑轮系统,由牛顿第二定律得a＝F,图线的斜率为k,则k＝,故

m0＋Mm0＋M2

小车的质量M＝k－m0,故选项C正确。

(4)图线在F轴上的截距不为零,说明力传感器显示有拉力时,小车仍然静止,这是没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够造成的。

[答案] (1)BC (2)2.00 (3)C (4)没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够 【创新领悟】

实验原理的创新 1.利用力传感器可得轻绳上拉力大小。 2.将探究加速度与合力的关系转化为探究加速度与力传感器的示数的关系。 第 68 页 共 72 页

实验器材的创新 1.用光电门代替打点计时器,结合遮光条的宽度可测滑块的速度。 2.利用气垫导轨代替长木板,无需平衡摩擦力。 3.由力传感器测滑块受到的拉力,无需满足m?M。 利用位移传感器与计算机相连,直接得出小车的加速度。 实验过程的创新 1.结合光电门得出物块在A、B两点的速度,由vB2－vA2＝2ax得出物块的加速度。 2.结合牛顿第二定律mg－μMg＝(M＋m)a得出物块与水平桌面间的动摩擦因数。 【创新考法】

1.(2020·青岛检测)某同学在探究合外力一定,物体的质量与加速度的关系时,采用图甲所示的装置及数字化信息系统获得了小车的加速度a与小车质量M(包括所放砝码及传感器的质量)的对应关系图像,如图乙所示。实验中所挂钩码的质量20 g,实验中选用的是不可伸长的轻绳和光滑的轻质定滑轮。

(1)实验开始时,他先调节木板上定滑轮的高度,使牵引小车的轻绳与木板平行。他这样做的目的是下列哪一个________。(填字母代号)

A.可使位移传感器测出的小车的加速度更准确 B.可以保证小车最终能够做直线运动

C.可在平衡摩擦力后使细绳拉力等于小车所受的合力

1(2)由图乙可知,a-M图线不过原点O,原因是________________________________ ________________________________________________________________________。