高考物理一輪復習 第3章 實驗4 驗證牛頓第二定律課件

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1、第三章牛頓運動定律實驗四驗證牛頓第二定律 基 礎 梳 理 一 、 實 驗 目 的1 學 會 用 控 制 變 量 法 研 究 物 理 規(guī) 律 ； 體 會 實 驗 的 精 髓 在于 “控 制 ”2 學 會 靈 活 運 用 圖 象 處 理 物 理 問 題 的 方 法 3 探 究 加 速 度 與 力 、 質 量 的 關 系 二 、 實 驗 原 理1 控 制 變 量 法探 究 加 速 度 a與 力 F及 質 量 M的 關 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 量 M不 變 ， 探 究 加速 度 a與 力 F的 關 系 ； 再 控

2、制 小 盤 和 砝 碼 的 質 量 不 變 ， 即 力 F不變 ， 探 究 加 速 度 a與 小 車 質 量 M的 關 系 2 實 驗 中 需 要 測 量 的 物 理 量 和 測 量 方 法 是(1)小 車 及 砝 碼 的 總 質 量 M： 用 天 平 測 出 (2)小 車 受 到 的 拉 力 F等 于 小 盤 和 砝 碼 的 總 重 力 mg.(3)小 車 的 加 速 度 a根 據 打 點 紙 帶 由 逐 差 法 或 兩 段 法 計 算 或由 其 他 方 法 求 得 三 、 實 驗 器 材打 點 計 時 器 、 紙 帶 、 復 寫 紙 、 小 車 、 一 端 附 有 定 滑 輪 的 長木 板

3、 、 小 盤 、 夾 子 、 細 繩 、 低 壓 交 流 電 源 、 導 線 、 天 平 、 刻 度尺 、 砝 碼 、 薄 木 塊 四 、 實 驗 步 驟1 稱 量 ： 用 天 平 測 量 小 盤 質 量 m和 小 車 質 量 M2 安 裝 ： 接 圖 把 實 驗 器 材 案 安 裝 好 3 平 衡 ： 在 長 木 板 不 帶 定 滑 輪 的 一 端 下 面 墊 上 一 塊 薄 木板 ， 使 小 車 勻 速 下 滑 4 小 盤 通 過 細 繩 繞 過 滑 輪 系 于 小 車 上 ， 先 接 通 電 源 后 放開 小 車 ， 取 下 紙 常 編 號 碼 5 保 持 小 車 質 量 M不 變 ，

4、改 變 小 盤 和 盤 中 砝 碼 的 質 量m， 重 復 步 驟 4.6 保 持 小 盤 和 盤 中 砝 碼 的 質 量 不 變 ， 改 變 小 車 質 量 ， 重復 步 驟 4和 6. 五 、 注 意 事 項1 平 衡 摩 擦 力在 平 衡 摩 擦 力 時 ， 不 要 把 懸 掛 小 盤 的 細 繩 系 在 小 車 上 ， 即不 要 給 小 車 加 任 何 牽 引 力 ， 且 要 讓 小 車 拖 著 紙 帶 勻 速 運 動 2 不 重 復 平 衡 摩 擦 力整 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 量 還 是 改 變 小 車

5、和 砝 碼 的 總 質 量 ， 都 不 需 要 重 新 平 衡 摩 擦力 3 實 驗 條 件每 條 紙 帶 都 必 須 在 滿 足 小 車 的 質 量 遠 大 于 小 盤 和 砝 碼 的 總質 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 一 先 一 后 一 按 住改 變 拉 力 和 小 車 質 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 定 滑輪 前 按 住 小 車 5 作 圖作 圖 時

6、， 兩 坐 標 軸 的 比 例 要 適 當 ， 要 使 盡 可 能 多 的 點 落 在所 作 直 線 上 ， 不 在 直 線 上 的 點 應 盡 可 能 對 稱 地 分 布 在 所 作 直 線兩 側 2 實 驗 中 ， 如 果 不 平 衡 摩 擦 力 會 產 生 什 么 樣 的 后 果 ？提 示 ：不平衡摩擦力或摩擦力平衡不夠描點連線得到的直線不過原點，證明不了加速度與作用力成正比3 做 該 實 驗 時 ， 若 先 放 小 車 再 接 通 電 源 會 產 生 怎 樣 的 后果 ？ 提 示 ：會使紙帶上打不了幾個點，即紙帶得不到充分利用，并且剛接通時點周期不穩(wěn)會產生誤差 本 實 驗 用 小 盤

7、和 砝 碼 的 總 重 力 mg代 替 小 車 的 拉 力 ， 而 實際 小 車 所 受 的 拉 力 要 小 于 小 盤 和 砝 碼 的 總 重 力 小 盤 和 砝 碼 的總 質 量 越 接 近 于 小 車 的 質 量 ， 誤 差 越 大 ； 反 之 ， 小 盤 和 砝 碼 的總 質 量 越 小 于 小 車 的 質 量 ， 由 此 引 起 的 誤 差 就 越 小 因 此 ， 滿足 小 盤 和 砝 碼 的 總 質 量 遠 小 于 小 車 的 質 量 的 目 的 就 是 為 了 減 小因 實 驗 原 理 不 完 善 而 引 起 的 誤 差 (2)偶 然 誤 差摩 擦 力 平 衡 不 準 確 、 質

8、 量 測 量 不 準 確 、 計 數 點 間 距 測 量 不準 確 、 紙 帶 和 細 繩 不 嚴 格 與 木 板 平 行 都 會 引 起 誤 差 考 向 一 實 驗 的 原 理 、 方 法 與 技 能典 例 1 (2013天 津 理 綜 ， 9(2)某 實 驗 小 組 利 用 如 圖 所 示的 裝 置 探 究 加 速 度 與 力 、 質 量 的 關 系 (1)下 列 做 法 正 確 的 是 _ (填 字 母 代 號 )A 調 節(jié) 滑 輪 的 高 度 ， 使 牽 引 木 塊 的 細 繩 與 長 木 板 保 持 平行 B 在 調 節(jié) 木 板 傾 斜 度 平 衡 木 塊 受 到 的 滑 動 摩 擦

9、 力 時 ， 將裝 有 砝 碼 的 砝 碼 桶 通 過 定 滑 輪 拴 在 木 塊 上C 實 驗 時 ， 先 放 開 木 塊 再 接 通 打 點 計 時 器 的 電 源D 通 過 增 減 木 塊 上 的 砝 碼 改 變 質 量 時 ， 不 需 要 重 新 調 節(jié)木 板 傾 斜 度 (2)為 使 砝 碼 桶 及 桶 內 砝 碼 的 總 重 力 在 數 值 上 近 似 等 于 木塊 運 動 時 受 到 的 拉 力 ， 應 滿 足 的 條 件 是 砝 碼 桶 及 桶 內 砝 碼 的 總質 量 _木 塊 和 木 塊 上 砝 碼 的 總 質 量 (填 “遠 大 于 ”“遠 小于 ”或 “近 似 等 于

10、”) (3)甲 、 乙 兩 同 學 在 同 一 實 驗 室 各 取 一 套 圖 示 裝 置 放 在 水平 桌 面 上 ， 木 塊 上 均 不 放 砝 碼 ， 在 沒 有 平 衡 摩 擦 力 的 情 況 下 研究 加 速 度 a與 拉 力 F的 關 系 ， 分 別 得 到 圖 中 甲 、 乙 兩 條 直 線 設甲 、 乙 用 的 木 塊 質 量 分 別 為 m甲 、 m乙 ， 甲 、 乙 用 的 木 塊 與 木 板間 的 動 摩 擦 因 數 分 別 為 甲 、 乙 ， 由 圖 可 知 ， m甲 _m乙 ， 甲 _乙 (填 “大 于 ”“小 于 ”或 “等 于 ”) 解 析 (1)為使木塊運動過程

11、中受到的拉力恒定，應調節(jié)細繩與長木板平行，A正確在調節(jié)木板傾斜度平衡摩擦力時應拿掉砝碼桶，并且實驗過程中改變木塊上的砝碼質量時，不需要重新平衡摩擦力，B錯誤，D正確 常 見 a F圖 象 涉 及 的 誤 差 分 析“ 驗 證 牛 頓 運 動 定 律 ” 實 驗 得 到 的 理 想 a F圖 象 應 是 一條 過 原 點 的 直 線 ， 但 由 于 實 驗 誤 差 影 響 ， 常 出 現 如 圖 所 示 的 三種 情 況 (說 明 見 下 表 ). 圖 線 特 征 產 生 原 因 圖 線 的 上部 彎 曲 當 木 塊 受 力 F較 大 時 ， 不 滿 足 “ 砝 碼 桶 及桶 內 砝 碼 的 質

12、 量 遠 小 于 木 塊 和 木 塊 上 砝碼 的 總 質 量 ” 的 條 件 圖 線 與 a軸有 截 距 平 衡 摩 擦 力 時 長 木 板 的 傾 角 過 大 ， F0(即 不 掛 砝 碼 桶 )時 木 塊 就 具 有 了 加 速 度 圖 線 與 F軸 有 截 距 平 衡 摩 擦 力 時 長 木 板 的 傾 角 過 小 ， 或 未平 衡 摩 擦 力 只 有 當 F增 加 到 一 定 值 ， 木塊 才 獲 得 加 速 度 考 向 二 實 驗 過 程 、 數 據 處 理 及 誤 差 分 析典 例 2 用 如 圖 甲 所 示 裝 置 做 “探 究 物 體 的 加 速 度 跟 力 的 關系 ”的

13、實 驗 實 驗 時 保 持 小 車 的 質 量 不 變 ， 用 鉤 碼 所 受 的 重 力作 為 小 車 受 到 的 合 力 ， 用 打 點 計 時 器 和 小 車 后 端 拖 動 的 紙 帶 測出 小 車 運 動 的 加 速 度 (1)實 驗 時 先 不 掛 鉤 碼 ， 反 復 調 整 墊 木 的 左 右 位 置 ， 直 到小 車 做 勻 速 直 線 運 動 ， 這 樣 做 的 目 的 是 _(2)圖 乙 為 實 驗 中 打 出 的 一 條 紙 帶 的 一 部 分 ， 從 比 較 清 晰的 點 跡 起 ， 在 紙 帶 上 標 出 了 連 續(xù) 的 5個 計 數 點 A、 B、 C、 D、E，

14、相 鄰 兩 個 計 數 點 之 間 都 有 4個 點 跡 沒 有 標 出 ， 測 出 各 計 數 點到 A點 之 間 的 距 離 ， 如 圖 乙 所 示 已 知 打 點 計 時 器 接 在 頻 率 為50 H z的 交 流 電 源 兩 端 ， 則 此 次 實 驗 中 小 車 運 動 的 加 速 度 的 測量 值 a _m/s.(結 果 保 留 兩 位 有 效 數 字 ) (3)實 驗 時 改 變 所 掛 鉤 碼 的 質 量 ， 分 別 測 量 小 車 在 不 同 外力 作 用 下 的 加 速 度 根 據 測 得 的 多 組 數 據 畫 出 a F關 系 圖 線 ，如 圖 丙 所 示 此 圖 線

15、 的 AB段 明 顯 偏 離 直 線 ， 造 成 此 現 象 的 主要 原 因 可 能 是 _(選 填 下 列 選 項 的 序 號 ) 答 案 (1)平 衡 小 車 運 動 過 程 中 所 受 的 摩 擦 阻 力 (2)1.0 (3)C 考 向 三 創(chuàng) 新 實 驗 設 計典 例 3 (2016浦 東 高 三 質 檢 )某 實 驗 小 組 利 用 如 圖 甲 所 示的 氣 墊 導 軌 實 驗 裝 置 來 探 究 合 力 一 定 時 ， 物 體 的 加 速 度 與 質 量之 間 的 關 系 (1)做 實 驗 時 ， 將 滑 塊 從 圖 所 示 位 置 由 靜 止 釋 放 ， 由 數 字計 時 器

16、(圖 中 未 畫 出 )可 讀 出 遮 光 條 通 過 光 電 門 1、 2的 時 間 分 別為 t1、 t2； 用 刻 度 尺 測 得 兩 個 光 電 門 中 心 之 間 的 距 離 x， 用 游標 卡 尺 測 得 遮 光 條 寬 度 d.則 滑 塊 經 過 光 電 門 1時 的 速 度 表 達 式 v1 _； 滑 塊 加 速 度 的 表 達 式 a _(以 上 表 達 式 均用 已 知 字 母 表 示 ) 如 圖 乙 所 示 ， 若 用 20分 度 的 游 標 卡 尺 測 量遮 光 條 的 寬 度 ， 其 讀 數 為 _mm. (2)為 了 保 持 滑 塊 所 受 的 合 力 不 變 ，

17、可 改 變 滑 塊 質 量 M和 氣墊 導 軌 右 端 高 度 h(見 圖 甲 ) 關 于 “改 變 滑 塊 質 量 M和 氣 墊 導 軌右 端 的 高 度 h” 的 正 確 操 作 方 法 有 _A M增 大 時 ， h增 大 ， 以 保 持 二 者 乘 積 增 大B M增 大 時 ， h減 小 ， 以 保 持 二 者 乘 積 不 變C M減 小 時 ， h增 大 ， 以 保 持 二 者 乘 積 不 變D M減 小 時 ， h減 小 ， 以 保 持 二 者 乘 積 減 小 高 考 命 題 常 涉 及 的 幾 種 創(chuàng) 新 角 度一 、 本 題 創(chuàng) 新 點 分 析1 源 于 教 材本 例 中 的

18、 實 驗 目 的 及 實 驗 中 用 到 的 器 材 ：一 端 帶 滑 輪 的 長 木 板 、 滑 塊 ， 與 課 本 實 驗 是 相 同 的 ， 利 用 以 a F圖 象 處 理 實 驗 數 據 的 方 法 也 是 相 同 的 2 高 于 教 材本 例 中 沒 有 平 衡 摩 擦 力 ， 而 是 用 緩 慢 向 瓶中 加 水 的 辦 法 比 較 準 確 地 測 出 木 塊 的 滑 動 摩 擦 力 大 小 和 細 繩 拉力 大 小 ， 實 驗 數 據 處 理 時 ， 不 是 作 木 塊 加 速 度 a與 合 力 的 關 系圖 線 ， 而 是 作 木 塊 加 速 度 a與 細 繩 拉 力 F的

19、關 系 圖 線 二 、 本 實 驗 還 可 以 從 以 下 方 面 進 行 改 進 創(chuàng) 新1 實 驗 目 的 創(chuàng) 新如 果 要 測 量 木 塊 與 木 板 間 的 動 摩 擦 因 數 ， 實 驗 應 如 何 操作 ？ 提 示 ：長木板水平放置，木板與鉤碼間的細繩長些，測出鉤碼落地后，木塊前進過程中做勻減速的加速度，由ag可得的大小 2 實 驗 器 材 的 創(chuàng) 新(1)用 氣 墊 導 軌 代 替 長 木 板 ， 實 驗 應 如 何 操 作 ？(2)如 果 提 供 光 電 門 (兩 個 )該 實 驗 應 如 何 操 作 ？ 針 對 訓 練 (2015新 課 標 全 國 ， 22)某 同 學 用 圖

20、 甲 所 示 的 實 驗 裝 置測 量 物 塊 與 斜 面 之 間 的 動 摩 擦 因 數 已 知 打 點 計 時 器 所 用 電 源的 頻 率 為 50 H z， 物 塊 下 滑 過 程 中 所 得 到 的 紙 帶 的 一 部 分 如 圖乙 所 示 ， 圖 中 標 出 了 五 個 連 續(xù) 點 之 間 的 距 離 (1)物 塊 下 滑 時 的 加 速 度 a _m/s2， 打 C點 時 物 塊的 速 度 v _m/s；(2)已 知 重 力 加 速 度 大 小 為 g， 為 求 出 動 摩 擦 因 數 ， 還 必 須測 量 的 物 理 量 是 _ (填 正 確 答 案 標 號 )A 物 塊 的

21、質 量 B 斜 面 的 高 度 C 斜 面 的 傾 角 2 某 同 學 用 圖 示 的 裝 置 來 驗 證 加 速 度 和 質 量 成 反 比 在自 制 的 雙 層 架 子 上 固 定 平 板 玻 璃 ， 架 子 放 在 水 平 桌 面 上 連 接小 車 的 細 繩 跨 過 定 滑 輪 與 小 桶 相 連 實 驗 步 驟 如 下 ： 在 兩 個 小 桶 中 裝 入 適 量 細 沙 ， 并 使 兩 桶 質 量 (含 沙 子 )相同 兩 車 緊 靠 架 子 左 邊 的 擋 板 ， 在 乙 車 上 放 一 個 砝 碼 ， 同 時釋 放 兩 車 ， 當 車 運 動 一 段 時 間 后 ， 用 手 機

22、對 整 個 裝 置 進 行 拍照 在 照 片 上 ， 通 過 裝 置 上 的 刻 度 尺 ， 測 出 甲 、 乙 兩 車 運 動 的距 離 x1、 x2； 在 乙 車 上 逐 漸 增 加 砝 碼 個 數 ， 重 復 步 驟 . 頻 考 二 實 驗 數 據 處 理 與 誤 差 分 析3 (2016南 通 市 高 三 調 研 )圖 甲 為 “驗 證 牛 頓 第 二 定 律 ”的實 驗 裝 置 示 意 圖 砂 和 砂 桶 的 總 質 量 為 m， 小 車 和 砝 碼 的 總 質量 為 M.實 驗 中 用 砂 和 砂 桶 總 重 力 的 大 小 作 為 細 線 對 小 車 拉 力 的大 小 (1)實

23、驗 中 ， 為 了 使 細 線 對 小 車 的 拉 力 等 于 小 車 所 受 的 合外 力 ， 先 調 節(jié) 長 木 板 一 端 滑 輪 的 高 度 ， 使 細 線 與 長 木 板 平行 接 下 來 還 需 要 進 行 的 一 項 操 作 是 ( )A 將 長 木 板 水 平 放 置 ， 讓 小 車 連 著 已 經 穿 過 打 點 計 時 器的 紙 帶 ， 給 打 點 計 時 器 通 電 ， 調 節(jié) m的 大 小 ， 使 小 車 在 砂 和 砂桶 的 牽 引 下 運 動 ， 從 打 出 的 紙 帶 判 斷 小 車 是 否 做 勻 速 運 動 B 將 長 木 板 的 一 端 墊 起 適 當 的

24、高 度 ， 讓 小 車 連 著 已 經 穿過 打 點 計 時 器 的 紙 帶 ， 撤 去 砂 和 砂 桶 ， 給 打 點 計 時 器 通 電 ， 輕推 小 車 ， 從 打 出 的 紙 帶 判 斷 小 車 是 否 做 勻 速 運 動 C 將 長 木 板 的 一 端 墊 起 適 當 的 高 度 ， 撤 去 紙 帶 以 及 砂 和砂 桶 ， 輕 推 小 車 ， 觀 察 判 斷 小 車 是 否 做 勻 速 運 動 (2)實 驗 中 要 進 行 質 量 m和 M的 選 取 ， 以 下 最 合 理 的 一 組 是( )A M 200 g， m 10 g、 15 g、 20 g、 25 g、 30 g、 4

25、0 gB M 200 g， m 20 g、 40 g、 60 g、 80 g、 100 g、 120 gC M 400 g， m 10 g、 15 g、 20 g、 25 g、 30 g、 40 gD M 400 g， m 20 g、 40 g、 60 g、 80 g、 100 g、 120 g 頻 考 三 實 驗 原 理 、 方 法 的 遷 移4 (2015廣 東 理 綜 ， 34(1)某 同 學 使 用 打 點 計 時 器 測 量 當地 的 重 力 加 速 度 (1)請 完 成 以 下 主 要 實 驗 步 驟 ： 按 圖 甲 安 裝 實 驗 器 材 并 連接 電 源 ； 豎 直 提 起 系

26、 有 重 物 的 紙 帶 ， 使 重 物 _(填 “靠近 ”或 “遠 離 ”)計 時 器 下 端 ； _， _， 使 重 物 自 由下 落 ； 關 閉 電 源 ， 取 出 紙 帶 ； 換 新 紙 帶 重 復 實 驗 (2)圖 乙 和 丙 是 實 驗 獲 得 的 兩 條 紙 帶 ， 應 選 取 _(填“甲 ”或 “乙 ”)來 計 算 重 力 加 速 度 在 實 驗 操 作 和 數 據 處 理 都 正確 的 情 況 下 ， 得 到 的 結 果 仍 小 于 當 地 重 力 加 速 度 ， 主 要 原 因 是空 氣 阻 力 和 _ 解 析 (1)為充分利用紙帶，開始實驗時重物應靠近打點計時器應先打開打

27、點計時器開關，再釋放重物(2)丙紙帶先變疏后變密，表示重物先加速后減速，不是自由落體運動，乙紙帶間距均勻增加，故應選乙打點計時器和紙帶之間的摩擦也會使測得的g偏小 答 案 (1)靠 近 打 開 打 點 計 時 器 開 關 釋 放 重 物 (2)乙 打 點 計 時 器 與 紙 帶 之 間 的 摩 擦 力 5 如 圖 所 示 是 利 用 光 電 門 探 究 “滑 塊 加 速 度 與 外 力 關 系 ”的 實 驗 裝 置 滑 塊 上 的 擋 光 板 的 寬 度 為 d， 滑 塊 出 發(fā) 點 到 光 電門 位 置 的 距 離 為 l.使 滑 塊 從 起 點 由 靜 止 開 始 運 動 光 電 計 時 器記 錄 下 滑 塊 上 擋 光 板 通 過 光 電 門 的 時 間 為 t. (1)滑 塊 小 車 通 過 光 電 門 時 的 瞬 時 速 度 v _.(2)滑 塊 小 車 的 加 速 度 a _.(3)換 用 不 同 鉤 碼 拉 ， 測 出 多 組 不 同 拉 力 F對 應 的 t， 用 圖象 法 處 理 獲 得 的 數 據 ， 若 以 拉 力 F為 縱 坐 標 ， 則 應 以 _為 橫 坐 標 ， 才 能 得 出 加 速 度 與 合 外 力 的 正 比 關 系