高考物理一輪復(fù)習(xí) 3-3 實驗 驗證牛頓運動定律課件 新人教版

1、學(xué)案3 實驗：驗證牛頓運動定律,一、實驗?zāi)康?驗證牛頓運動定律，即質(zhì)量一定時，加速度與作用力成正比；作用力一定時，加速度與質(zhì)量成反比。 二、實驗原理 采用控制變量法，當(dāng)研究對象有兩個以上的參量發(fā)生牽連變化時，我們設(shè)法控制某些參量不變，而研究其中兩個參量之間的變化關(guān)系的方法，是物理實驗中經(jīng)常采取的一種方法。本實驗的參量有、m、a三個參量，研究加速度a與及m的關(guān)系時，我們先控制一個參量，驗證牛頓第二定律實驗要求先控制小車的質(zhì)量m不變，討論a與的關(guān)系后，再控制小盤砝碼的質(zhì)量不變，即不變，改變小車的質(zhì)量，討論a與m的關(guān)系。 三、實驗器材 打點計時器、紙帶及復(fù)寫紙片、小車、一端附有定滑輪的長木板、薄木板

2、、小盤、細(xì)繩、低壓交流電源、兩根導(dǎo)線、天平(帶有一套砝碼)、刻度尺、砝碼。,1.用天平測出小車和小盤的質(zhì)量m和m0，把數(shù)值記錄下來。 2.按圖把實驗器材安裝好，只是不把懸掛小盤的細(xì) 繩系在小車上(即不給小車加牽引力)。 3.平衡摩擦力：在長木板的不帶定滑輪的一端下面 墊上一塊薄木板，反復(fù)移動木板的位置，直至小車在斜 面上運動時保持勻速運動狀態(tài)，這時小車拖著紙帶運動 時受到的摩擦力恰好與小車所受的重力在斜面方向上的 分力平衡。 4.把細(xì)繩系在小車上并繞過滑輪懸掛小盤。先接通電源再放開小車，取下紙帶，在打點紙帶上標(biāo)上紙帶號碼。,四、實驗步驟,5.保持小車的質(zhì)量不變，在小盤內(nèi)放入m的砝碼，重復(fù)步驟4

3、，在小盤內(nèi)分別放入質(zhì)量m，m的砝碼，再重復(fù)步驟4。m，m，m的數(shù)值都要記錄在紙帶上(或自己設(shè)計的表格內(nèi))。 6.在每條紙帶上都選取一段比較理想的部分，按“研究勻變速直線運動”實驗中的方法，算出每條紙帶的加速度a。 7.用縱坐標(biāo)表示加速度，橫坐標(biāo)表示力，根據(jù)實驗結(jié)果在坐標(biāo)平面上畫出相應(yīng)的點，若這些點在一條直線上，便證明了加速度與作用力成正比。 8.保持小盤與砝碼的質(zhì)量不變，在小車上依次加砝碼(也需作好記錄)，重復(fù)上述步驟4和6。用縱坐標(biāo)表示加速度a，橫坐標(biāo)表示小車及砝碼總質(zhì)量的倒數(shù)，在坐標(biāo)平面上根據(jù)實驗結(jié)果畫出相應(yīng)的點，如果這些點在一條直線上，就證明加速度與質(zhì)量成反比。,五、注意事項 1.一定要

4、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(xì)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(fù)，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(yuǎn)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的大小才可視為小車受到的拉力的大小。 4.改變拉力和小車質(zhì)量后，每次開始時小車應(yīng)盡量靠近打點計時器，并應(yīng)先接通電源，再放開小車，且應(yīng)在

5、小車到達(dá)滑輪前按住小車。 5.作圖象時，要使盡可能多的點在所作直線上，不在直線上的點應(yīng)盡可能對稱分布在所作直線兩側(cè)。 6.作圖時兩軸標(biāo)度比例要選擇適當(dāng)。各量須采用國際單位。這樣作圖線時，坐標(biāo)點間距不至于過密，誤差會小些。 7.為提高測量精度 (1)應(yīng)舍掉紙帶上開頭比較密集的點，在后邊便于測量的地方找一個起點。 (2)可以把每打五次點的時間作為時間單位，即從開始點起，每五個點標(biāo)出一個計數(shù)點，而相鄰計數(shù)點間的時間間隔為T=0.1 s。 8.調(diào)整定滑輪的高度，保證細(xì)繩與長木板平行。,六、誤差分析 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，細(xì)線或紙帶不與木板平行等都會造成誤差。 2.

6、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(zhǔn)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(biāo)志是打點計時器打出的紙帶上各點的距離相等。,為何小盤及砝碼的總重力不等于繩子的拉力？如何才能減小由此造成的測量誤差？這是產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的原因，分析如下：令小車帶上紙帶在斜面上平衡摩擦力后掛上小盤，使小車和小盤一起加速運動時繩的拉

7、力大小為FT，小車總質(zhì)量為M，盤和砝碼總質(zhì)量為m，它們的加速度為a，由牛頓第二定律：對M有FT=Ma，對m有mg-FT=ma。聯(lián)立解得FT=Mmg/(M+m)=mg/(1+m/M)?？梢?，欲使FTmg，則必有m/M0，故有m20m，否則，系統(tǒng)誤差較大。,【例1】在探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系實驗中，采用如圖所 示的實驗裝置，小車及車中砝碼的質(zhì)量用M表示，盤及盤中砝 碼的質(zhì)量用m表示，小車的加速度可由小車后拖動的紙帶由打 點計時器打上的點計算出。 (1)當(dāng)M與m的大小關(guān)系滿足_時，才可以認(rèn)為繩對小車的 拉力大小等于盤及盤中砝碼的重力。 (2)一組同學(xué)在做加速度與質(zhì)量的關(guān)系實驗時，保持盤及盤中砝 碼

8、的質(zhì)量一定，改變小車及車中砝碼的質(zhì)量，測 出相應(yīng)的加速度，采用圖象法處理數(shù)據(jù)。為了比 較容易地確定出加速度a與質(zhì)量M的關(guān)系，應(yīng)該作 a與_的圖象。 (3)如圖(a)為甲同學(xué)根據(jù)測量數(shù)據(jù)作出的a-F圖 線，說明實驗存在的問題主要是_。 (4)乙、丙同學(xué)用同一裝置做實驗，畫出了各自得到 的a-F圖線如圖(b)所示，兩個同學(xué)做實驗時 的哪一個物理量取值不同？_。,考點1 實驗原理、實驗器材、實驗步驟的考查,【解析】(1)Mm時，才可以認(rèn)為繩對小車的拉力大小等于盤中砝碼的重力。 (2)因由實驗畫的a-M圖象是一條曲線，難以判定它所對應(yīng)的函數(shù)式，從而難以確定a與M的定量關(guān)系，所以在實驗中應(yīng)作a-(1/M

9、)圖象而不是a-M圖象來分析實驗結(jié)果。 (3)圖(a)甲同學(xué)根據(jù)測量數(shù)據(jù)作出的a-F圖線沒有過原點，圖象交于F軸上一點，說明沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不夠。 (4)乙、丙同學(xué)用同一裝置做實驗，畫出了各自得到的a-F圖線，兩圖象的斜率不同，說明兩個同學(xué)做實驗時的小車及車上砝碼的總質(zhì)量不同。,【答案】(1)Mm (2)1/M (3)沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不夠 (4)小車及車上的砝碼的總質(zhì)量不同,1,在做“驗證牛頓運動定律”的實驗時，按實驗要求安裝好器材后，應(yīng)按一定的步驟進(jìn)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?yán)锛禹来a，測出加速度，重復(fù)幾次 B.保持小車質(zhì)量不變，

10、改變小桶和砂的質(zhì)量，測出加速度，重復(fù)幾次 C.用天平測出小車和小桶的質(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 E.根據(jù)測出的數(shù)據(jù)，分別畫出a-F和a-(1/m)的圖線 F.用秒表測出小車運動的時間 G.將裝有砂子的小桶用細(xì)線通過定滑輪系到小車上，接通電源，釋放小車， 在紙帶上打下一系列的點 以上步驟中，不必要的步驟是:_，正確步驟的合理順序是： _(填寫代表字母)。,F,C、 D、 G、 A、 B(或B、A)、E,考點2 實驗數(shù)據(jù)的處理及誤差分析,【例2】“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 所示。 (1)在平衡小車與桌面之間摩擦力 的過程中，打出了

11、一條紙帶如 圖所示。計時器打點的時 間間隔為0.02 s。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),【解析】本題考查探究加速度與物體質(zhì)量、物體受力的關(guān)系實驗， 考查學(xué)生分析實驗數(shù)據(jù)的能力。 m/s20.16 m/s2 (2)如右圖所示 (3)未計入砝碼盤的重力。,(2)平衡摩擦力后，掛上砝碼盤，然后每次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：,(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。,請根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出a-F的關(guān)系圖象。

12、,【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,2,2010年高考山東理綜某同學(xué)設(shè)計了 如圖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(xì)繩的兩端分別與彈簧 秤的掛鉤和礦泉水瓶連接。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。 (1)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) _。,(2)改變瓶中水的質(zhì)量重