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1、實驗四實驗四驗證牛頓運動定律驗證牛頓運動定律過程分析導引過程分析導引實驗典例精析實驗典例精析實驗四驗證牛頓運動定律實驗四驗證牛頓運動定律知識要點歸納知識要點歸納知能優(yōu)化演練知能優(yōu)化演練知識要點歸納知識要點歸納實驗目的實驗目的1學會用控制變量法研究物理規(guī)律學會用控制變量法研究物理規(guī)律2驗證牛頓運動定律驗證牛頓運動定律3掌握利用圖象處理數(shù)據(jù)的方法掌握利用圖象處理數(shù)據(jù)的方法實驗原理實驗原理探究加速度探究加速度a與力與力F及質(zhì)量及質(zhì)量M的關系時，應用的基本方法是控制變量法，即先控的關系時，應用的基本方法是控制變量法，即先控制一個參量制一個參量小車的質(zhì)量小車的質(zhì)量M不變，討論加速度不變，討論加速度a與力
2、與力F的關系，再控制砝碼和的關系，再控制砝碼和小盤的質(zhì)量不變，即力小盤的質(zhì)量不變，即力F不變，改變小車質(zhì)量不變，改變小車質(zhì)量M，討論加速度，討論加速度a與與M的關系的關系實驗器材實驗器材打點計時器、紙帶、復寫紙片、小車、一端附有定滑輪的長木板、小盤、砝碼、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、砝碼、夾子、細繩、低壓交流電源、導線、天平夾子、細繩、低壓交流電源、導線、天平(帶有一套砝碼帶有一套砝碼)、刻度尺、刻度尺過程分析導引過程分析導引一、實驗步驟一、實驗步驟1用天平測量小盤的質(zhì)量用天平測量小盤的質(zhì)量m0和小車的質(zhì)量和小車的質(zhì)量M0.2把一端附有滑輪的長木板放在實驗桌
3、上，并使滑輪伸出桌面，把打點計時器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，連接好電路固定在長木板上遠離滑輪的一端，連接好電路圖圖3413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
4、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記錄在紙帶受的合外力，由紙帶計算出小車的加速度，并把力和對應的加速度記錄在紙
5、帶上上(或表格中或表格中)5改變小盤內(nèi)砝碼的個數(shù)，重復步驟改變小盤內(nèi)砝碼的個數(shù)，重復步驟4，并多做幾次，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，并由紙帶計算出小車對應的加速度的加速度7改變小車上砝碼的個數(shù)，重復步驟改變小車上砝碼的個數(shù)，重復步驟6，所對應的質(zhì)量和加速度也需記錄，所對應的質(zhì)量和加速度也需記錄二、數(shù)據(jù)處理二、數(shù)據(jù)處理1把小車在不同力作用下產(chǎn)生的加速度填在下表中：把小車在不同
6、力作用下產(chǎn)生的加速度填在下表中：實驗次數(shù)實驗次數(shù)加速度加速度a/(ms2)小車受力小車受力F/N1234由以上數(shù)據(jù)畫出它的由以上數(shù)據(jù)畫出它的aF關系圖象如圖關系圖象如圖342所示所示通過通過aF關系圖象，我們可以得出小車的加速度關系圖象，我們可以得出小車的加速度a與力與力F成正比成正比圖圖3422把不同質(zhì)量的小車在相同力作用下產(chǎn)生的加速度填在下表中：把不同質(zhì)量的小車在相同力作用下產(chǎn)生的加速度填在下表中：實驗次數(shù)實驗次數(shù)加速度加速度a/(ms2)小車質(zhì)量小車質(zhì)量M/kg1234圖圖343三、實驗中應注意的事項三、實驗中應注意的事項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
7、力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的紙帶運動2實驗步驟實驗步驟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
8、需要重新平衡摩擦力力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接通電源，再放開小車，且應在小車到達滑輪前按住小車5作圖象時，要使盡可能多的點在所作直線上，不在直線上的點應盡可作圖象時，要使盡可能多的點
9、在所作直線上，不在直線上的點應盡可能對稱分布在所作直線兩側(cè)能對稱分布在所作直線兩側(cè)6作圖時兩軸標度比例要選擇適當各量須采用國際單位，這樣作圖線作圖時兩軸標度比例要選擇適當各量須采用國際單位，這樣作圖線時，坐標點間距不至于過密，誤差會小些時，坐標點間距不至于過密，誤差會小些7為提高測量精度，可以采取下列措施：為提高測量精度，可以采取下列措施：(1)應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應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，每隔四個點標可以把每打五次點的時間作為時間單位，即從開始點起，每隔四個點標出
10、一個計數(shù)點，而相鄰計數(shù)點間的時間間隔為出一個計數(shù)點，而相鄰計數(shù)點間的時間間隔為T0.1秒秒四、誤差分析及實驗改進四、誤差分析及實驗改進1誤差分析誤差分析(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，拉線或紙帶質(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，
11、小，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)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正式實驗一樣(比如要掛好紙帶、接通打點計時器比如要掛好紙帶、接通打點計時器)，勻速運動的標志是打點計時，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器打出的紙帶上各點的距離相等2實驗改進實驗改進本實驗中可以用氣墊導軌來代替長木
12、板，這樣就省去了平衡小車摩擦力的麻煩，本實驗中可以用氣墊導軌來代替長木板，這樣就省去了平衡小車摩擦力的麻煩，小車的加速度也可以利用傳感器，借助于計算機來處理小車的加速度也可以利用傳感器，借助于計算機來處理實驗典例精析實驗典例精析(2009年高考上海卷年高考上海卷)如圖如圖344所示為所示為“用用DIS(位移傳感器、數(shù)據(jù)采集位移傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計算機器、計算機)研究加速度和力的關系研究加速度和力的關系”的實驗裝置的實驗裝置實驗原理和誤差分析實驗原理和誤差分析圖圖344(1)在該實驗中必須采用控制變量法，應保持在該實驗中必須采用控制變量法，應保持_不變，用鉤碼所受的重力不變，用鉤碼所受的重力作
13、為作為_，用，用DIS測小車的加速度測小車的加速度(2)改變所掛鉤碼的數(shù)量，多次重復測量在某次實驗中根據(jù)測得的多組數(shù)據(jù)可改變所掛鉤碼的數(shù)量，多次重復測量在某次實驗中根據(jù)測得的多組數(shù)據(jù)可畫出畫出aF關系圖線關系圖線(如圖如圖345所示所示)圖圖345分析此圖線的分析此圖線的OA段可得出的實驗結論是段可得出的實驗結論是_.(單選題單選題)此圖線的此圖線的AB段明顯偏離直線，造成此誤差的主要原因是段明顯偏離直線，造成此誤差的主要原因是()A小車與軌道之間存在摩擦小車與軌道之間存在摩擦B導軌保持了水平狀態(tài)導軌保持了水平狀態(tài)C所掛鉤碼的總質(zhì)量太大所掛鉤碼的總質(zhì)量太大D所用小車的質(zhì)量太大所用小車的質(zhì)量太大
14、【答案答案】(1)小車的總質(zhì)量小車的總質(zhì)量(或：小車的質(zhì)量或：小車的質(zhì)量)小車所受外力小車所受外力(或：外力、合外力或：外力、合外力)(2)在質(zhì)量不變的條件下，加速度與合外力成正比在質(zhì)量不變的條件下，加速度與合外力成正比C(2011年成都模擬年成都模擬)某實驗小組利用如圖某實驗小組利用如圖346所示的實驗裝置來探究當所示的實驗裝置來探究當合外力一定時，物體運動的加速度與其質(zhì)量之間的關系合外力一定時，物體運動的加速度與其質(zhì)量之間的關系實驗數(shù)據(jù)的處理實驗數(shù)據(jù)的處理圖圖346(1)由圖由圖346中刻度尺讀出兩個光電門中心之間的距離中刻度尺讀出兩個光電門中心之間的距離x24cm，由圖，由圖347中游標
15、卡尺測得遮光條的寬度中游標卡尺測得遮光條的寬度d_cm.該實驗小組在做實驗時，將滑塊該實驗小組在做實驗時，將滑塊從圖從圖346所示位置由靜止釋放，由數(shù)字計時器可以讀出遮光條通過光電門所示位置由靜止釋放，由數(shù)字計時器可以讀出遮光條通過光電門1的時間的時間t1，遮光條通過光電門，遮光條通過光電門2的時間的時間t2，則滑塊經(jīng)過光電門，則滑塊經(jīng)過光電門1時的瞬時速度的時的瞬時速度的表達式表達式v1_，滑塊經(jīng)過光電門，滑塊經(jīng)過光電門2時的瞬時速度的表達式時的瞬時速度的表達式v2_，則滑塊的加速度的表達式則滑塊的加速度的表達式a_.(以上表達式均用字母表示以上表達式均用字母表示)圖圖347(2)在本次實驗
16、中，實驗小組通過改變滑塊質(zhì)量總共做了在本次實驗中，實驗小組通過改變滑塊質(zhì)量總共做了6組實驗，得到如表所示組實驗，得到如表所示的實驗數(shù)據(jù)通過分析表中數(shù)據(jù)后，你得出的結論是的實驗數(shù)據(jù)通過分析表中數(shù)據(jù)后，你得出的結論是_m(g)a(m/s2)2502.023001.653501.334001.255001.008000.63(3)現(xiàn)需通過圖象進一步驗證你的結論，請利用表格數(shù)據(jù)，在圖現(xiàn)需通過圖象進一步驗證你的結論，請利用表格數(shù)據(jù)，在圖347所示坐標所示坐標系中描點作出相應圖象系中描點作出相應圖象【解析解析】(1)由圖可知：由圖可知：d5mm0.1mm25.2mm0.52cm.圖圖348(2)在合外力不變的情況下，物體運動的加速度跟物體的質(zhì)量成反比，當合外力在合外力不變的情況下，物體運動的加速度跟物體的質(zhì)量成反比，當合外力一定時，在誤差允許的范圍內(nèi)，物體質(zhì)量和加速度的乘積近似相等一定時，在誤差允許的范圍內(nèi)，物體質(zhì)量和加速度的乘積近似相等(3)如圖如圖348所示所示知能優(yōu)化演練知能優(yōu)化演練本部分內(nèi)容講解結束本部分內(nèi)容講解結束點此進入課件目錄點此進入課件目錄按按ESC鍵退出全屏播放鍵退出全屏播放謝謝使用謝謝使用
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