高考物理創(chuàng)新案例(人教版)實(shí)驗(yàn)四 驗(yàn)證牛頓第二定律ppt

,歡迎進(jìn)入物理課堂,一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?學(xué)會(huì)用控制變量法研究物理規(guī)律2探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系3掌握靈活運(yùn)用圖象處理問(wèn)題的方法,二、實(shí)驗(yàn)原理控制變量法：在所研究的問(wèn)題中，有兩個(gè)以上的參量在發(fā)生牽連變化時(shí)，可以控制某個(gè)或某些量不變，只研究其中兩個(gè)量之間的變化關(guān)系的方法，這也是物理學(xué)中研究問(wèn)題時(shí)經(jīng)常采用的方法本實(shí)驗(yàn)中，研究的參量為F、m和a，可以控制參量m一定，研究a與F的關(guān)系，也可控制參量F一定，研究a與m的關(guān)系,三、實(shí)驗(yàn)器材電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、復(fù)寫(xiě)紙片和紙帶、一端有定滑輪的長(zhǎng)木板、小車、小盤(pán)、低壓交流電源、天平、砝碼、刻度尺、導(dǎo)線,四、實(shí)驗(yàn)操作1實(shí)驗(yàn)步驟(如圖實(shí)41),(1)用天平測(cè)量小盤(pán)的質(zhì)量m0和小車的質(zhì)量M0.(2)把一端附有滑輪的長(zhǎng)木板放在實(shí)驗(yàn)桌上，并使滑輪伸出桌面，把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長(zhǎng)木板上遠(yuǎn)離滑輪的一端，連接好電路(3)平衡摩擦力：小車的尾部掛上紙帶，紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔，將木板無(wú)滑輪的一端稍微墊高一些，使小車在不掛小盤(pán)和砝碼的情況下，能沿木板做勻速直線運(yùn)動(dòng)這樣小車所受重力沿木板的分力與小車所受摩擦力平衡在保證小盤(pán)和砝碼的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車,質(zhì)量的條件下，可以近似認(rèn)為小盤(pán)和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(diǎn)計(jì)時(shí)器處，掛上小盤(pán)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(5)改變小盤(pán)內(nèi)砝碼的個(gè)數(shù)，重復(fù)步驟4，并多做幾次(6)保持小盤(pán)內(nèi)的砝碼個(gè)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(dòng)打出紙帶(7)改變小車上砝碼的個(gè)數(shù)，重復(fù)步驟6.,2數(shù)據(jù)處理(1)計(jì)算保持小車質(zhì)量不變時(shí)，各次小盤(pán)和砝碼的重力(作為小車的合力)及對(duì)應(yīng)紙帶的加速度填入表(一)中表(一),(2)計(jì)算保持小盤(pán)內(nèi)的砝碼個(gè)數(shù)不變時(shí)，各次小車和砝碼的總質(zhì)量及對(duì)應(yīng)紙帶的加速度，填入表(二)中表(二),五、注意事項(xiàng)1在實(shí)驗(yàn)中，小車所受的摩擦力是造成系統(tǒng)誤差的一個(gè)重要因素減小這種誤差的方法是在長(zhǎng)木板的一端墊上小木塊，使其適當(dāng)傾斜，利用小車重力沿斜面方向的分力平衡摩擦力2判斷小車是否做勻速直線運(yùn)動(dòng)，一般可目測(cè)，必要時(shí)可以打一條紙帶，看上面各點(diǎn)間的距離是否相等,3在本實(shí)驗(yàn)中，由于兩顆小車輪子的靈活程度可能不相同，所受的摩擦力也可能不相等，平衡摩擦力就有困難應(yīng)該盡可能選取光滑的長(zhǎng)木板進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以減小因摩擦而造成的系統(tǒng)誤差4安裝器材時(shí)，要調(diào)整滑輪的高度，使拴小車的細(xì)繩與斜面平行，且連接小車和砝碼盤(pán)應(yīng)在平衡摩擦力之后,7改變小車的質(zhì)量或拉力的大小時(shí)，改變量應(yīng)盡可能大一些，但應(yīng)滿足砝碼盤(pán)和盤(pán)內(nèi)砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車和車上砝碼的總質(zhì)量一般來(lái)說(shuō)，砝碼盤(pán)和盤(pán)內(nèi)砝碼的總質(zhì)量不超過(guò)小車和車上砝碼總質(zhì)量的10%.8稱量物體的質(zhì)量時(shí)，應(yīng)遵守天平的操作規(guī)則,六、誤差分析1摩擦力平衡不準(zhǔn)確、質(zhì)量測(cè)量不準(zhǔn)確、計(jì)數(shù)點(diǎn)間距測(cè)量不準(zhǔn)確、紙帶和細(xì)繩不嚴(yán)格與木板平行都會(huì)引起誤差2因?qū)嶒?yàn)原理不完善造成誤差，本實(shí)驗(yàn)中用小盤(pán)和盤(pán)中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(pán)和盤(pán)中砝碼的總重力)，存在系統(tǒng)誤差,例1在“驗(yàn)證牛頓運(yùn)動(dòng)定律”的實(shí)驗(yàn)中，按實(shí)驗(yàn)要求安裝好器材后，應(yīng)按一定步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，下述操作步驟的安排順序不盡合理，請(qǐng)將合理的順序填寫(xiě)在下面的橫線上：_(填字母代號(hào))A保持重物的質(zhì)量不變，在小車?yán)锛禹来a，測(cè)出加速度，重復(fù)幾次B保持小車質(zhì)量不變，改變重物的質(zhì)量，測(cè)出加速度，重復(fù)幾次C用天平測(cè)出小車和重物的質(zhì)量,解析：利用控制變量法和逐差法分析紙帶求加速度，最后處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，合理的操作順序應(yīng)為DCEABF或DCEBAF.,答案：見(jiàn)解析,例2(2011成都模擬)某實(shí)驗(yàn)小組利用如圖實(shí)42所示的實(shí)驗(yàn)裝置來(lái)探究當(dāng)合外力一定時(shí)，物體運(yùn)動(dòng)的加速度與其質(zhì)量之間的關(guān)系(),(1)由圖中刻度尺讀出兩個(gè)光電門(mén)中心之間的距離x24cm，由圖實(shí)43中游標(biāo)卡尺測(cè)得遮光條的寬度d_cm.該實(shí)驗(yàn)小組在做實(shí)驗(yàn)時(shí)，將滑塊從圖實(shí)42所示位置由靜止釋放，由數(shù)字計(jì)時(shí)器可以讀出遮光條通過(guò)光電門(mén)1的時(shí)間t1，遮光條通過(guò)光電門(mén)2的時(shí)間t2，則滑塊經(jīng)過(guò)光電門(mén)1時(shí)的瞬時(shí)速度的表達(dá)式v1_，滑塊經(jīng)過(guò)光電門(mén)2時(shí)的瞬時(shí)速度的表達(dá)式v2_，則滑塊的加速度的表達(dá)式a_.(以上表達(dá)式均用字母表示),(2)在本次實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)小組通過(guò)改變滑塊質(zhì)量總共做了6組實(shí)驗(yàn)，得到如表所示的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)通過(guò)分析表中數(shù)據(jù)后，你得出的結(jié)論是_.,(3)現(xiàn)需通過(guò)圖象進(jìn)一步驗(yàn)證你的結(jié)論，請(qǐng)利用表格數(shù)據(jù)，在圖實(shí)44坐標(biāo)系中描點(diǎn)作出相應(yīng)圖象,(2)在合外力不變的情況下，在誤差允許的范圍內(nèi)，物體運(yùn)動(dòng)的加速度跟物體的質(zhì)量成反比(3)如圖實(shí)45所示,1關(guān)于“驗(yàn)證牛頓運(yùn)動(dòng)定律”的實(shí)驗(yàn)，下列說(shuō)法中符合實(shí)際的是()A通過(guò)同時(shí)改變小車的質(zhì)量m及受到的拉力F的研究，能歸納出加速度、力、質(zhì)量三者之間的關(guān)系B通過(guò)保持小車質(zhì)量不變，只改變小車的拉力的研究，就可以歸納出加速度、力、質(zhì)量三者之間的關(guān)系,C通過(guò)保持小車受力不變，只改變小車質(zhì)量的研究，就可以得出加速度、力、質(zhì)量三者之間的關(guān)系D先不改變小車質(zhì)量，研究加速度與力的關(guān)系；再不改變受力，研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系，最后歸納出加速度、力、質(zhì)量三者之間的關(guān)系,解析：驗(yàn)證牛頓運(yùn)動(dòng)定律的實(shí)驗(yàn)，是利用控制變量法，探究加速度a與合外力F、物體質(zhì)量m的關(guān)系，故D項(xiàng)正確,答案：D,2(2011宿州模擬)如圖實(shí)46所示，在探究牛頓運(yùn)動(dòng)定律的演示實(shí)驗(yàn)中，若1、2兩個(gè)相同的小車所受拉力分別為F1、F2，車中所放砝碼的質(zhì)量分別為m1、m2，打開(kāi)夾子后經(jīng)過(guò)相同的時(shí)間兩車的位移分別為x1、x2，則在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，有(),A當(dāng)m1m2、F1F2時(shí)，x12x2B當(dāng)m1m2、F12F2時(shí)，x22x1C當(dāng)m12m2、F1F2時(shí)，x12x2D當(dāng)m12m2、F1F2時(shí)，x22x1,答案：D,3如圖實(shí)47(甲)所示為實(shí)驗(yàn)中用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的一條較理想的紙帶，紙帶上A、B、C、D、E、F、G為七個(gè)相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔是0.1s，距離如圖，單位是cm，小車的加速度是_m/s2.在驗(yàn)證質(zhì)量一定時(shí)，加速度a和合外力F的關(guān)系時(shí)，某學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出了如圖(乙)所示的aF圖象，該圖線不過(guò)原點(diǎn)，其原因是_.,答案：1.59平衡摩擦力過(guò)度,4如圖實(shí)48為“用DIS(位移傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計(jì)算機(jī))研究加速度與力的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置,(1)在該實(shí)驗(yàn)中必須采用控制變量法，應(yīng)保持_不變，用鉤碼所受的重力作為_(kāi)，用DIS測(cè)小車的加速度(2)改變所掛鉤碼的數(shù)量，多次重復(fù)測(cè)量在某次實(shí)驗(yàn)中根據(jù)測(cè)得的多組數(shù)據(jù)可畫(huà)出aF關(guān)系圖線(如圖實(shí)49所示)分析此圖線的OA段可得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)論是_.,(單選題)此圖線的AB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B導(dǎo)軌保持了水平狀態(tài)C所掛鉤碼的總質(zhì)量太大D所用小車的質(zhì)量太大,答案：(1)小車的總質(zhì)量(或：小車的質(zhì)量)小車所受外力(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C,5在驗(yàn)證牛頓第二定律的實(shí)驗(yàn)中，采用如圖實(shí)410所示的實(shí)驗(yàn)裝置，小車及車中砝碼的質(zhì)量用M表示，盤(pán)及盤(pán)中砝碼的質(zhì)量用m表示，小車的加速度可由小車后拖動(dòng)的紙帶由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打上的點(diǎn)計(jì)算出(1)當(dāng)M與m的大小關(guān)系滿足_時(shí)，才可以認(rèn)為繩對(duì)小車的拉力大小等于盤(pán)及盤(pán)中砝碼的重力,(2)一同學(xué)在做加速度與質(zhì)量的關(guān)系實(shí)驗(yàn)時(shí)，保持盤(pán)及盤(pán)中砝碼的質(zhì)量一定，改變小車及車中砝碼的質(zhì)量，測(cè)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)如圖實(shí)411(a)所示為甲同學(xué)根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)作出的aF圖線，說(shuō)明實(shí)驗(yàn)存在的問(wèn)題是_,(4)乙、丙同學(xué)用同一裝置做實(shí)驗(yàn)，畫(huà)出了各自得到的aF圖線如圖實(shí)411(b)所示，兩個(gè)同學(xué)做實(shí)驗(yàn)時(shí)的哪一個(gè)物理量取值不同？_.,(4)乙、丙同學(xué)用同一裝置做實(shí)驗(yàn)，畫(huà)出了各自得到的aF圖線，兩圖象的斜率不同，說(shuō)明兩個(gè)同學(xué)做實(shí)驗(yàn)時(shí)的小車及車上砝碼的總質(zhì)量不同,答案：(1)Mm(2)1/M(3)沒(méi)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,6(2010江蘇高考)為了探究受到空氣阻力時(shí)，物體運(yùn)動(dòng)速度隨時(shí)間的變化規(guī)律，某同學(xué)采用了“加速度與物體質(zhì)量、物體受力關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置(如圖實(shí)412所示)實(shí)驗(yàn)時(shí)，平衡小車與木板之間的摩擦力后，在小車上安裝一薄板，以增大空氣對(duì)小車運(yùn)動(dòng)的阻力,(1)往砝碼盤(pán)中加入一小砝碼，在釋放小車_(選填“之前”或“之后”)接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源，在紙帶上打出一系列的點(diǎn)(2)從紙帶上選取若干計(jì)數(shù)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，得出各計(jì)數(shù)點(diǎn)的時(shí)間t與速度v的數(shù)據(jù)如下表：,請(qǐng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出小車的vt圖象,(3)通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，該同學(xué)認(rèn)為：隨著運(yùn)動(dòng)速度的增加，小車所受的空氣阻力將變大你是否同意他的觀點(diǎn)？請(qǐng)根據(jù)vt圖象簡(jiǎn)要闡述理由,解析：本題主要考查基本儀器的使用和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理，意在考查考生的探究能力和運(yùn)用圖象法處理數(shù)據(jù)的能力(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的使用是先接通電源，再松開(kāi)紙帶，所以應(yīng)在釋放小車之前接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(2)根據(jù)t軸上的比例標(biāo)度取每一大格為0.5s；根據(jù)速度v的數(shù)據(jù)，v軸上的比例標(biāo)度取每一大格為0.05m/s；然后描點(diǎn)、光滑連線，得到一條斜率越來(lái)越小的曲線(3)因?yàn)樾甭时硎拘≤嚰铀俣鹊拇笮。甭试絹?lái)越小，說(shuō)明小車的加速度越來(lái)越小，根據(jù)牛頓第二定律得出小車所受的阻力越來(lái)越大，因此同意該同學(xué)的觀點(diǎn),答案：(1)之前(2)如圖所示,(3)同意在vt圖象中，速度越大時(shí)，加速度越小，小車受到的合力越小，則小車受空氣阻力越大,同學(xué)們,來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全,同學(xué)們,來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全,