高考物理總復(fù)習(xí) 第3章 5講 實(shí)驗 驗證牛頓第二定律課件 新人教版

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1、第五講實(shí)驗：驗證牛頓第二定律1學(xué)會用控制變量法研究物理規(guī)律2能驗證牛頓第二定律3掌握利用圖象法處理數(shù)據(jù)的方法一、實(shí)驗原理1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)法控制某些參量使之不變，而研究其中兩個參量之間的變化關(guān)系的方法，是物理實(shí)驗中經(jīng)常采取的一種方法本實(shí)驗有F、m、a三個參量，研究加速度a與F及m的關(guān)系時，我們先控制一個參量該實(shí)驗要求先控制小車的質(zhì)量 不變，討論a與F的關(guān)系；再控制重物的質(zhì)量不變，即 不變，改變小車的質(zhì)量m，討論a與m的關(guān)系mF2要測量的物理量小車與其上砝碼的總質(zhì)量M用天平測量小車受的拉力F用 測出重物的質(zhì)量m，由Fmg算出小車的加速度a通過打點(diǎn)計時

2、器打出的紙帶測算出天平天平二、實(shí)驗器材打點(diǎn)計時器、紙帶及復(fù)寫紙片、小車、一端附有定滑輪的長木板、重物、細(xì)繩、低壓交流電源、兩根導(dǎo)線、天平(帶有一套砝碼)、 、砝碼刻度尺刻度尺三、實(shí)驗步驟1用天平測出小車和重物的質(zhì)量M和M，把數(shù)值記錄下來2按圖所示把實(shí)驗器材安裝好，只是不把懸掛重物的細(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(yùn)動時以保持勻速運(yùn)動狀態(tài)，這時小車拖著紙帶運(yùn)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 4把細(xì)繩系在小車上并繞過滑輪懸掛重物先接通電源

3、再放開小車，取下紙帶，在打點(diǎn)紙帶上標(biāo)上紙帶號碼平衡平衡5保持小車的質(zhì)量不變該重物的重量：m，m，再重復(fù)步驟4，m，m，m，的數(shù)值都要記錄在紙帶上(或表格內(nèi))6在每條紙帶上都選取一段比較理想的部分，按“測定勻變速直線運(yùn)動的加速度”實(shí)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(shí)驗結(jié)果在坐標(biāo)平面上畫出相應(yīng)的點(diǎn)若這些點(diǎn)在一條直線上，便證明了加速度與作用力成 正比正比8保持重物的質(zhì)量不變，在小車上依次加砝碼(也需做好記錄)重復(fù)上述步驟4和步驟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(shí)驗結(jié)果畫出相應(yīng)的點(diǎn)，如果這些點(diǎn)是在一條直線上，就證明加

4、速度與質(zhì)量成 四、誤差分析1質(zhì)量的測量誤差，紙帶上打點(diǎn)計時器打點(diǎn)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反比反比2因?qū)嶒炘聿煌晟圃斐烧`差本實(shí)驗中用小盤和砝碼的總重力代替小車受到的拉力(實(shí)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 ；反之，小盤和砝碼的總質(zhì)量越小于小車的質(zhì)量，誤差就 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(shí)驗一樣(比如要掛好紙帶、接通打點(diǎn)計時器)，勻速運(yùn)動的標(biāo)志是打點(diǎn)計時器打出的紙帶上各點(diǎn)的距離 . 越大越大越小越小相等相等 “驗證牛頓第二定律”的實(shí)驗裝置如圖(甲)所示(1

5、)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(乙)所示計時器打點(diǎn)的時間間隔為0.02 s從比較清晰的點(diǎn)起，每5個點(diǎn)取一個計數(shù)點(diǎn)，量出相鄰計數(shù)點(diǎn)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)(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(shí)驗數(shù)據(jù)如下表：砝碼盤中砝碼總砝碼盤中砝碼總重力重力F/N0.1960.3920.5880.7840.980加速度加速度a/(ms2)0.691.181.662.182.70請根據(jù)實(shí)驗數(shù)據(jù)作出aF的關(guān)系圖象(3)根據(jù)提供的實(shí)驗數(shù)

6、據(jù)作出的aF圖線不通過原點(diǎn)請說明主要原因【思維點(diǎn)撥】物體的加速度可以由紙帶利用逐差法求得由(2)可知，F(xiàn)為砝碼的重力，小車受的合力還應(yīng)包括砝碼盤的重力【方法歸納】驗證牛頓第二定律實(shí)驗主要是驗證力、加速度與質(zhì)量三者間的關(guān)系，可以將實(shí)驗數(shù)據(jù)分別通過數(shù)學(xué)公式驗證是否符合牛頓第二定律即可，也可將實(shí)驗數(shù)據(jù)描繪在圖象中，結(jié)合實(shí)驗數(shù)據(jù)和實(shí)驗操作仔細(xì)分析實(shí)驗中存在的系統(tǒng)誤差和偶然誤差偏離直線太大的數(shù)據(jù)為無效數(shù)據(jù)，不要把圖線畫成過各點(diǎn)的折線二、實(shí)驗注意事項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，

7、即不要給小車加任何牽引力，并要讓小車拖著打點(diǎn)的紙帶運(yùn)動2整個實(shí)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(yīng)盡量靠近打點(diǎn)計時器，并應(yīng)先接通電源，再放開小車，且應(yīng)在小車到達(dá)滑輪前按住小車5作圖象時，要使盡可能多的點(diǎn)分布在所作直線上，不在直線上的點(diǎn)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(diǎn)間距不至于過密，誤差會小些7為

8、提高測量精度(1)應(yīng)舍掉紙帶上開頭比較密集的點(diǎn)，在后邊便于測量的地方找一個起點(diǎn)(2)可以把每打五次點(diǎn)的時間作為時間單位，即從開始點(diǎn)起，每五個點(diǎn)標(biāo)出一個計數(shù)點(diǎn)，而相鄰計數(shù)點(diǎn)間的時間間隔為T0.1 s. 在驗證牛頓第二定律的實(shí)驗中，采用如圖所示的實(shí)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(diǎn)計時器打上的點(diǎn)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(shí)驗時，保持盤及盤中砝碼的質(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

9、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aF圖線，說明實(shí)驗存在的問題是_(4)乙、丙同學(xué)用同一裝置做實(shí)驗，畫出了各自得到的aF圖線如圖(b)所示，兩個同學(xué)做實(shí)驗時的哪一個物理量取值不同？_.(3)圖(a)甲同學(xué)根據(jù)測量數(shù)據(jù)作出的aF圖線沒有過原點(diǎn)，圖象交于F軸上一點(diǎn)，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(shí)驗，畫出了各自得到的aF圖線，兩圖象的斜率不同，說明兩個同學(xué)做實(shí)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 (2012上海測試)某同學(xué)為驗證牛頓第二定律中“力與加速度”的關(guān)系，采用光電門系統(tǒng)來代替位移和時間測量工具，實(shí)驗裝置如圖所示光滑導(dǎo)軌水平放置，細(xì)線繞過可轉(zhuǎn)動的圓形光柵連接小車與重物(重物質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量)，擋板可以在小車到達(dá)的時候使小車停下并粘住光電門在每次有紅外線通過光柵時會記下1次信號，如圖所示，圓形光柵每轉(zhuǎn)過1圈將會記下10次信號不計一切摩擦，每次都將小車靜止釋放，在小車停止后，記下重物質(zhì)量m、信號次數(shù)n、小車運(yùn)動時間t.(2)若實(shí)驗后得到了下表所示的數(shù)據(jù)，試分析，運(yùn)動時間t3應(yīng)約為_.重物質(zhì)量重物質(zhì)量m信號次數(shù)信號次數(shù)n運(yùn)動時間運(yùn)動時間t/sm0402.002m0601.733m070t3