【紅對勾】高考物理 驗證牛頓第二定律課件.ppt

實驗四驗證牛頓第二定律 1 學會用控制變量法研究物理規(guī)律 2 驗證牛頓第二定律 3 掌握利用圖象處理數(shù)據(jù)的方法 探究加速度a與力f及質(zhì)量m的關(guān)系時 應用的基本方法是控制變量法 即先控制一個參量 小車的質(zhì)量m不變 討論加速度a與力f的關(guān)系 再控制小盤和砝碼的質(zhì)量不變 即力f不變 改變小車質(zhì)量m 討論加速度a與m的關(guān)系 打點計時器 紙帶 復寫紙片 小車 一端附有定滑輪的長木板 小盤 夾子 細繩 低壓交流電源 導線 天平 刻度尺 砝碼 1 用天平測量小盤的質(zhì)量m0和小車的質(zhì)量m0 圖1 2 把一端附有滑輪的長木板放在實驗桌上 并使滑輪伸出桌面 把打點計時器固定在長木板上遠離滑輪的一端 連接好電路 3 平衡摩擦力 小車的尾部掛上紙帶 紙帶穿過打點計時器的限位孔 將木板無滑輪的一端稍微墊高一些 使小車在不掛小盤和砝碼的情況下 能沿木板做勻速直線運動 這樣小車所受重力沿木板的分力與小車所受滑動摩擦力平衡 在保證小盤和砝碼的質(zhì)量遠小于小車質(zhì)量的條件下 可以近似認為小盤和砝碼的總重力大小等于小車所受的合外力的大小 4 把小車停在打點計時器處 掛上小盤和砝碼 先接通電源 再讓小車拖著紙帶在木板上勻加速下滑 打出一條紙帶 計算小盤和砝碼的重力 即為小車所受的合外力 由紙帶計算出小車的加速度 并把力和對應的加速度填入表 一 中 5 改變小盤內(nèi)砝碼的個數(shù) 重復步驟4 并多做幾次 6 保持小盤內(nèi)的砝碼個數(shù)不變 在小車上放上砝碼改變小車的質(zhì)量 讓小車在木板上滑動打出紙帶 計算砝碼和小車的總質(zhì)量m 并由紙帶計算出小車對應的加速度 7 改變小車上砝碼的個數(shù) 重復步驟6 并將所對應的質(zhì)量和加速度填入表 二 中 表 一 表 二 8 數(shù)據(jù)處理 1 用縱坐標表示加速度a 橫坐標表示作用力f 作用力的大小f等于小盤和砝碼的總重力 根據(jù)實驗結(jié)果在坐標平面上畫出相應的點 如果這些點是在一條過原點的直線上 便證明了加速度與作用力成正比 2 用縱坐標表示加速度a 橫坐標表示小車和砝碼總質(zhì)量的倒數(shù) 根據(jù)實驗結(jié)果在坐標平面上畫出相應的點 如果這些點是在一條過原點的直線上 就證明了加速度與質(zhì)量成反比 1 一定要做好平衡摩擦力的工作 也就是調(diào)出一個合適的斜面 使小車的重力沿著斜面方向的分力正好平衡小車受的摩擦阻力 在平衡摩擦力時 不要把懸掛小盤的細線系在小車上 即不要給小車加任何牽引力 并要讓小車拖著打點的紙帶運動 2 實驗步驟2 3不需要重復 即整個實驗平衡了摩擦力后 不管以后是改變小盤和砝碼的總質(zhì)量還是改變小車和砝碼的總質(zhì)量 都不需要重新平衡摩擦力 3 每條紙帶必須在滿足小車與車上所加砝碼的總質(zhì)量遠大于小盤和砝碼的總質(zhì)量的條件下打出 只有如此 小盤和砝碼的總重力才可視為小車受到的拉力 4 改變拉力和小車質(zhì)量后 每次開始時小車應盡量靠近打點計時器 并應先接通電源 再放開小車 且應在小車到達滑輪前按住小車 1 質(zhì)量的測量誤差 紙帶上打點計時器打點間隔距離的測量誤差 拉線或紙帶不與木板平行等都會造成誤差 2 因?qū)嶒炘聿煌晟圃斐烧`差本實驗中用小盤和砝碼的總重力代替小車受到的拉力 實際上小車受到的拉力要小于小盤和砝碼的總重力 存在系統(tǒng)誤差 小盤和砝碼的總質(zhì)量越接近小車的質(zhì)量 誤差就越大 反之 小盤和砝碼的總質(zhì)量越小于小車的質(zhì)量 誤差就越小 3 平衡摩擦力不準造成誤差在平衡摩擦力時 除了不掛小盤外 其他的都跟正式實驗一樣 比如要掛好紙帶 接通打點計時器 勻速運動的標志是打點計時器打出的紙帶上各點的距離相等 題型一對實驗操作的考查 例1 在做 驗證牛頓第二運動定律 的實驗時 某學生將實驗裝置如圖2安裝 準備接通電源后開始做實驗 但他的裝置圖中有幾個明顯的錯誤 請寫出兩個 圖2 1 2 解析 實驗中打點計時器不能用直流電源 沒有平衡摩擦力 小車沒有靠近打點計時器 答案 1 不能用直流電源 2 沒有平衡摩擦力 題后反思本題主要考查實驗操作及注意事項 只要對這些有一定的了解 解決此類問題較容易 變式1 1做 驗證牛頓第二定律 實驗時 按實驗要求安裝好器材后 應按一定的步驟進行實驗 下列給出供選擇的操作步驟 a 保持小桶和砂的質(zhì)量不變 在小車里加砝碼 測出加速度 重復幾次b 保持小車質(zhì)量不變 改變小桶里砂子的質(zhì)量 測出加速度 重復幾次c 用天平測出小車和砂子的質(zhì)量d 在長木板沒有定滑輪的一端墊上厚度合適的墊木 平衡摩擦力 答案 fcdgabe 題型二實驗數(shù)據(jù)的處理和誤差分析 例2 如圖3甲所示為實驗中用打點計時器打出的一條較理想的紙帶 紙帶上a b c d e f g為七個相鄰的計數(shù)點 圖3 相鄰計數(shù)點間的時間間隔是0 1s 距離如圖甲所示 單位是cm 小車的加速度是 m s2 在驗證質(zhì)量一定時加速度a和合外力f的關(guān)系時 某學生根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出了如圖乙所示的a f圖象 其原因是 答案 1 6平衡摩擦力過度 題后反思a的計算用公式 x at2 通過計算平均值確定a的大小 平均值的求解用逐差法計算較為精確 a f圖象的形狀為不過原點的直線 表明平衡摩擦力的操作存在問題 變式2 1 2009 江蘇單科 探究加速度與物體質(zhì)量 物體受力的關(guān)系 的實驗裝置如圖4所示 圖4 1 在平衡小車與桌面之間摩擦力的過程中 打出了一條紙帶如圖5所示 計時器打點的時間間隔為0 02s 從比較清晰的點起 每5個點取一個計數(shù)點 量出相鄰計數(shù)點之間的距離 該小車的加速度a m s2 結(jié)果保留兩位有效數(shù)字 圖5 2 平衡摩擦力后 將5個相同的砝碼都放在小車上 掛上砝碼盤 然后每次從小車上取一個砝碼添加到砝碼盤中 測量小車的加速度 小車的加速度a與砝碼盤中砝碼總重力f的實驗數(shù)據(jù)如下表 請根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出a f的關(guān)系圖象 3 根據(jù)提供的實驗數(shù)據(jù)作出的a f圖線不通過原點 請說明主要原因 圖6 2 如圖7所示 圖7 3 由左圖可知 當砝碼總重力為零時 小車已有加速度 考慮到本題已平衡摩擦力 故可以判斷原因是未計入砝碼盤的重力 答案 1 0 16 0 15也算對 2 見解析圖 3 未計入砝碼盤的重力 1 如圖8所示 在研究牛頓第二定律的演示實驗中 若1 2兩個相同的小車所受拉力分別為f1 f2 車中所放砝碼的質(zhì)量分別為m1 m2 打開夾子后經(jīng)過相同的時間兩車的位移分別為x1 x2 則在實驗誤差允許的范圍內(nèi) 有 圖8 a 當m1 m2 f1 2f2時 x1 2x2b 當m1 m2 f1 2f2時 x2 2x1c 當m1 2m2 f1 f2時 x1 2x2d 當m1 2m2 f1 f2時 x2 2x1 答案 a 2 如圖9所示是在驗證牛頓第二定律實驗中 根據(jù)實驗數(shù)據(jù)描繪出的三條a f圖象 下列說法中正確的是 a 三條傾斜直線所對應的小車和砝碼的總質(zhì)量相同b 三條傾斜直線所對應的小車和砝碼的總質(zhì)量不同c 直線1對應的小車和砝碼的總質(zhì)量最大d 直線3對應的小車和砝碼的總質(zhì)量最大 圖9 答案 bd 3 某同學在做加速度和力 質(zhì)量的關(guān)系的實驗中 測得小車的加速度a和拉力f的數(shù)據(jù)如下表所示 1 根據(jù)表中的數(shù)據(jù)在坐標圖上作出a f圖象 2 圖象的斜率的物理意義是 3 圖象 或延長線 與f軸的截距的物理意義是 4 小車和砝碼的總質(zhì)量為 kg 圖10 答案 1 a f圖象如圖11所示 2 小車和砝碼的總質(zhì)量的倒數(shù) 3 小車受到的阻力為0 1n 4 1 00 圖11 4 同學們在做 驗證牛頓第二定律 的實驗 1 甲同學為了使小車受到合外力等于小砂桶和砂的總重量 他采用如下兩個措施 a 平衡摩擦力 將長木板無滑輪的一端下面墊一小木塊 反復移動木塊的位置 直到小車在小砂桶的拉動下帶動紙帶與小車一起做勻速直線運動 b 調(diào)整砂的多少 使砂和小砂桶的總質(zhì)量m遠小于小車和砝碼的總質(zhì)量m 請問 以上哪一個措施中有何重大錯誤 答 2 乙同學在實驗中 他保持小車及砝碼總質(zhì)量m不變 反復改變砂的質(zhì)量 并測得一系列數(shù)據(jù) 結(jié)果發(fā)現(xiàn)小車受到的合外力 小砂桶及砂的總重量 與加速度的比值略大于小車及砝碼總質(zhì)量m 經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)滑輪非常光滑 打點計時器工作正常 且事先基本上平衡了摩擦力 那么出現(xiàn)這種情況的主要原因是什么 答 5 2010 山東理綜 某同學設(shè)計了如圖12所示的裝置來探究加速度與力的關(guān)系 彈簧秤固定在一合適的木板上 桌面的右邊緣固定一支表面光滑的鉛筆以代替定滑輪 細繩的兩端分別與彈簧秤的掛鉤和礦泉水瓶連接 圖12 在桌面上畫出兩條平行線mn pq 并測出間距d 開始時將木板置于mn處 現(xiàn)緩慢向瓶中加水 直到木板剛剛開始運動為止 記下彈簧秤的示數(shù)f0 以此表示滑動摩擦力的大小 再將木板放回原處并按住 繼續(xù)向瓶中加水后 記下彈簧秤的示數(shù)f1 然后釋放木板 并用秒表記下木板運動到pq處的時間t 木板的加速度可以用d t表示為a 為了減小測量加速度的偶然誤差可以采用的方法是 一種即可 改變瓶中水的質(zhì)量重復實驗 確定加速度a與彈簧秤示數(shù)f1的關(guān)系 下列圖象能表示該同學實驗結(jié)果的是 圖13 用加水的方法改變拉力的大小與掛鉤碼的方法相比 它的優(yōu)點是 a 可以改變滑動摩擦力的大小b 可以更方便地獲取多組實驗數(shù)據(jù)c 可以比較精確地測出摩擦力的大小d 可以獲得更大的加速度以提高實驗精度 6 2010 江蘇單科 為了探究受到空氣阻力時 物體運動速度隨時間的變化規(guī)律 某同學采用了 加速度與物體質(zhì)量 物體受力關(guān)系 的實驗裝置 如圖14所示 實驗時 平衡小車與木板之間的摩擦力后 在小車上安裝一薄板 以增大空氣對小車運動的阻力 圖14 1 往砝碼盤中加入一小砝碼 在釋放小車 選填 之前 或 之后 接通打點計時器的電源 在紙帶上打出一系列的點 2 從紙帶上選取若干計數(shù)點進行測量 得出各計數(shù)點的時間t與速度