13 實驗驗證牛頓第二定律一 2021屆高考物理一輪復習教案(必修一)

1、第三節(jié) 實驗：驗證牛頓第二定律一.復習目標:1.知道實驗原理，能正確處理實驗數(shù)據(jù)，得出實驗結論并能對結論作出評價。2.進一步熟悉實驗過程，掌握實驗方法并能處理好實驗過程中的注意事項。3.體會控制變量法在問題處理中的作用并提升學生實際動手操作能力。二.復習重難點：1.重點：實驗原理、數(shù)據(jù)處理及注意事項。2.難點：圖像法對實驗數(shù)據(jù)的分析處理。三.復習方法:講授法、實驗法、討論法、練習法，提問法等。四.課時安排：1 課時五.復習過程：1. 請同學們學生自主復習實驗目的、實驗原理、實驗器材、實驗步驟、數(shù)據(jù)處理方法等2. 實驗原理（學生自主復習和教師指導相結合）1) 探究 a 與外力 F、質(zhì)量 m 的關

2、系時的基本方法是控制變量法。a) 先控制小車的質(zhì)量 m 不變，探究加速度 a 與外力 F 的關系；b) 再控制外力 F 不變，探究加速度 a 與質(zhì)量 m 的關系。2) 在探究加速度 a 與外力 F 的關系時，在沙和沙桶的總質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量的前提下，可認為沙和沙桶的總重力大小約為小車滑輪細線小車打點計時器紙帶受到的拉力大小，通過改變沙的沙臨泉花木公司生產(chǎn)重量改變小車受到的拉力；在探 究加速度 a 與質(zhì)量 m 關系時，和沙桶長木板通過改變小車上放置的砝碼個數(shù) 改變質(zhì)量.實驗裝置如圖（1）所示。3) 本實驗需要測量的物理量圖(1)探究加速度 a 與外力 F 的關系時，需要測量加速度 a 和外力

3、F；探究加速度 a 與質(zhì)量 m 的關系時需要測量加速度 a 和小車的總質(zhì)量a) 怎樣測加速度？（學生交流討論）b) 怎樣測外力 F？（學生交流討論）為了使實驗操作方便簡潔，創(chuàng)造實驗條件使小車受到的合力為細繩下端物體的重力， 需要平衡摩擦力和沙和沙桶的總質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量。滿足實驗條件后只需利用天平測 出沙和沙桶的總質(zhì)量即可得到其重力。- 1 - / 60 01 c) 想一想怎樣測小車的總質(zhì)量？怎樣平衡摩擦力？3. 實驗器材：打點計時器，紙帶及復寫紙，小車，一端附有滑輪的長木板，小桶，沙，細繩，低壓交 流電源，兩根導線，天平，刻度尺，砝碼4. 實驗步驟：1) 用天平測出小車和小桶的質(zhì)量 M 和

4、 m ，把數(shù)值記錄下來2) 按圖(1)所示把實驗器材安裝好并平衡摩擦力，即在長木板的不帶滑輪的一端下面墊上一塊 薄木板，反復移動其位置，直至不掛沙桶的小車剛好在斜面上保持勻速運動為止3) 用天平稱量適量的沙 m ，放入沙桶，把小車停在打點計時器處，先接通電源后放開小車，打 出一條紙帶，計算沙和沙桶的總重力，即為小車受到的合力，由紙帶計算出小車的加速度， 并把力和相應的加速度填入表(一)表(一)次數(shù)合力 F/N 加速度 a/m/s21 2 3 4 5 64) 保持小車的質(zhì)量不變，改變沙桶中的沙量，重復步驟(3)。5) 保持沙和沙桶的總重力不變，在小車上放上砝碼，打出紙帶。計算砝碼和小車的質(zhì)量及對

5、應 的加速度，填入表(二)表(二)次數(shù) 小車總質(zhì)量 m/kg 加速度 a/m/s21 2 3 4 5 66) 改變小車上的砝碼的個數(shù)，重復步驟(5)7) 整理實驗器材5. 實驗數(shù)據(jù)的分析處理：1)圖像法處理表(一)、表(二)中的數(shù)據(jù)在直角坐標系中描點作 aF 的圖像，如果圖像是一條過原點的直線，則說明加速度與物 體的合力 F 成正比；同樣，在直角坐標系中描點作 a1/M的圖像，如果圖像是一條過原點的 直線，則說明加速度 a 與物體的質(zhì)量 m 成反比2)實驗結論(官方語言)：在誤差允許的范圍內(nèi)，物體的加速度與合力成正比與物體的質(zhì)量成反比 6. 誤差分析：1)系統(tǒng)誤差：實驗中要求沙和沙桶的總質(zhì)量遠

6、小于小車的質(zhì)量時，其重力近似等于小車受到的- 2 - / 6拉力，嚴格的理論分析可知這個重力略大于小車受的拉力2)偶然誤差：主要是測量誤差，如質(zhì)量的測量，加速度的測量和計算等7.注意事項：1)在本實驗中，必須平衡摩擦力2)改變沙和沙桶的質(zhì)量時，必須注意滿足實驗條件，即沙和沙桶的總質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量， 3)每次小車開始釋放時應盡量靠近打點計時器，而且先通電再放小車4)每次利用紙帶確定 a 時，應求解其平均加速度8. 學法指導：本實驗常涉及到的考點通常是以下幾點：1) 實驗的基本方法：控制變量法2) 實驗的條件：平衡摩擦力及保證沙和沙桶的總質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量3) 數(shù)據(jù)處理：圖像法及由紙帶求加速

7、度的計算4) 實驗結論(官方語言)：在誤差允許的范圍內(nèi)，物體的加速度與合力成正比與物體的質(zhì)量成反 比9. 例題解析：例 1：在探究加速度與物體所受合外力和質(zhì)量間的關系時,采用如圖（1）所示的實驗裝置，小 車及車中的砝碼質(zhì)量用 M 表示，盤及盤中的砝碼質(zhì)量用 m 表示，小車的加速度可由小車后拖動的紙帶由打點計數(shù)器打上的點計算出：M紙帶打點計時器（1）實驗時認為繩子對小車的拉力大小等于盤和砝碼 的重力，須要滿足的條件中正確的是（ ）mA實驗前必須平衡摩擦力B滑輪與小車之間的細繩必須與木板平行 C盤及盤中的砝碼的總質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量 D盤及盤中的砝碼的總質(zhì)量遠大于小車的質(zhì)量圖(1)（2）在保持盤及

8、盤中的砝碼質(zhì)量一定，探究加速度與質(zhì)量的關系，以下做法錯誤的是（ ） A平衡摩擦力時，應將盤及盤中的砝碼用細繩通過定滑輪系在小車上B每次改變小車的質(zhì)量時，不需要重新平衡摩擦力C小車運動的加速度可用天平測出 m 以及小車質(zhì)量 M，直接用公式 a =mg/M 求出。 D實驗時，先放開小車，再接通打點計時器電源在做驗證牛頓第二定律例 2：用如圖（3）中甲所示的實驗裝置來驗證牛頓第二定律，為消除摩擦力的影響，實驗前必須平衡摩擦力.滑輪細線小車打點計時器紙帶- 3 - / 6臨泉花木公司生產(chǎn)長木板甲1 21 2 3 4 3 41 2 3 (1)某同學平衡摩擦力時是這樣操作的： 將小車靜止地放在水平長木板上

9、，把 木板不帶滑輪的一端慢慢墊高，如圖 乙，直到小車由靜止開始沿木板向下 滑動為止.請問這位同學的操作是否正 確？如果不正確，應當如何進行？ 答：(2)如果這位同學先如（1）中的操作，然后不斷改變對小車的拉力 F，他得到 M（小車質(zhì) 量）保持不變情況下的 a F 圖線是下圖中的a a a aO F O F O F O FA. B. C. D.(3)若該同學正確平衡摩擦力，在驗證加速度與力的 關系時，得到的 aF 圖線如圖（4）所示，則由 此可得出的結論是a aO圖(4)FO圖(5)F如果得到 aF 圖線如圖（5）所示，其原因可能是：(4)打點計時器使用的交流電頻率 f=50Hz. 如圖（6）所

10、示是某同學在正確操作下獲得的一條紙帶，A、B、C、D、E 每兩點之間還 有 4 個點沒有標出.寫出用 x 、x 、AxBxCxDxEx 、x 以及 f 來表示小車加速度的計圖(6)算式：a = . 若紙帶上測量的數(shù)據(jù) x 、x 、x 、x 分別是 1.21cm、1.83cm、2.41cm、3.03cm，算得小車的加速度大小為m/s2（結果保留兩位有效數(shù)字）- 4 - / 610.課堂小結：本實驗是力學實驗中最為重要的一個實驗，無論是實驗的思想方法還是實驗操作步驟、 數(shù)據(jù)的處理和誤差分析都是高考考查的重點，要求我們必須熟悉實驗的內(nèi)容！11.課后作業(yè)：六.板書設計:第三節(jié) 實驗：驗證牛頓第二定律1. 實驗目的：驗證牛頓第二定律2. 實驗原理：控制變量法，需要測的物理量，創(chuàng)設的實驗條件。3. 實驗器材：打點計時器，小車，細繩，交流電源，天平，刻度尺，砝碼等4. 實驗步驟:(略)5. 數(shù)據(jù)的處理及結論：作 aF 圖像和 a1/m 圖像都是過原點的一條傾斜直線；在誤差允許的范圍內(nèi)， 物體的加速度與合力成正比與物體的質(zhì)量成反比6. 實驗數(shù)據(jù)的誤差分析：系統(tǒng)誤差和偶然誤差7. 注意事項：平衡摩擦力，控制實驗條件，先通打點計時器電源再放開小車等8. 課后作業(yè)：七.教后反思：參考答案 ： 例 1：BC；ACD