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

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1、第五講實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證牛頓第二定律1學(xué)會(huì)用控制變量法研究物理規(guī)律2能驗(yàn)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(yàn)原理1采用控制變量法當(dāng)研究對(duì)象有兩個(gè)以上的參量發(fā)生牽連變化時(shí)，我們?cè)O(shè)法控制某些參量使之不變，而研究其中兩個(gè)參量之間的變化關(guān)系的方法，是物理實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常采取的一種方法本實(shí)驗(yàn)有F、m、a三個(gè)參量，研究加速度a與F及m的關(guān)系時(shí)，我們先控制一個(gè)參量該實(shí)驗(yàn)要求先控制小車(chē)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(chē)的質(zhì)量m，討論a與m的關(guān)系mF2要測(cè)量的物理量小車(chē)與其上砝碼的總質(zhì)量M用天平測(cè)量小車(chē)受的拉力F用 測(cè)出重物的質(zhì)量m，由Fmg算出小車(chē)的加速度a通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)

2、器打出的紙帶測(cè)算出天平天平二、實(shí)驗(yàn)器材打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶及復(fù)寫(xiě)紙片、小車(chē)、一端附有定滑輪的長(zhǎng)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(yàn)步驟1用天平測(cè)出小車(chē)和重物的質(zhì)量M和M，把數(shù)值記錄下來(lái)2按圖所示把實(shí)驗(yàn)器材安裝好，只是不把懸掛重物的細(xì)繩系在小車(chē)上(即不給小車(chē)加牽引力)3平衡摩擦力：在長(zhǎng)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(dòng)木板的位置，直至小車(chē)在斜面上運(yùn)動(dòng)時(shí)以保持勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，這時(shí)小車(chē)拖著紙帶運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的摩 擦 力 恰 好 與 小 車(chē) 所 受 的 重 力 在 斜 面 方 向 上 的 分力 4把細(xì)繩系在小車(chē)上并繞過(guò)滑輪懸掛重物先接通電源

3、再放開(kāi)小車(chē)，取下紙帶，在打點(diǎn)紙帶上標(biāo)上紙帶號(hào)碼平衡平衡5保持小車(chē)的質(zhì)量不變?cè)撝匚锏闹亓浚簃，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(cè)定勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度”實(shí)驗(yàn)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(yàn)結(jié)果在坐標(biāo)平面上畫(huà)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(chē)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(chē)及砝碼總質(zhì)量的倒數(shù)，在坐標(biāo)平面上根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果畫(huà)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(cè)量誤差，紙帶上打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)間隔距離的測(cè)量誤差，拉線或紙帶不與木板平行等都會(huì)造成誤差反比反比2因?qū)嶒?yàn)原理不完善造成誤差本實(shí)驗(yàn)中用小盤(pán)和砝碼的總重力代替小車(chē)受到的拉力(實(shí)際上小車(chē)受到的拉力要小于小盤(pán)和砝碼的總重力)，存在系統(tǒng)誤差小盤(pán)和砝碼的總質(zhì)量越接近小車(chē)的質(zhì)量，誤差就 ；反之，小盤(pán)和砝碼的總質(zhì)量越小于小車(chē)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(shí)，除了不掛小盤(pán)外，其他的都跟正式實(shí)驗(yàn)一樣(比如要掛好紙帶、接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器)，勻速運(yùn)動(dòng)的標(biāo)志是打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(yàn)證牛頓第二定律”的實(shí)驗(yàn)裝置如圖(甲)所示(1

5、)在平衡小車(chē)與桌面之間摩擦力的過(guò)程中，打出了一條紙帶如圖(乙)所示計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的時(shí)間間隔為0.02 s從比較清晰的點(diǎn)起，每5個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，量出相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的距離該小車(chē)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(gè)相同的砝碼都放在小車(chē)上掛上砝碼盤(pán)，然后每次從小車(chē)上取一個(gè)砝碼添加到砝碼盤(pán)中，測(cè)量小車(chē)的加速度小車(chē)的加速度a與砝碼盤(pán)中砝碼總重力F的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表：砝碼盤(pán)中砝碼總砝碼盤(pán)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(qǐng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出aF的關(guān)系圖象(3)根據(jù)提供的實(shí)驗(yàn)數(shù)

6、據(jù)作出的aF圖線不通過(guò)原點(diǎn)請(qǐng)說(shuō)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(chē)受的合力還應(yīng)包括砝碼盤(pán)的重力【方法歸納】驗(yàn)證牛頓第二定律實(shí)驗(yàn)主要是驗(yàn)證力、加速度與質(zhì)量三者間的關(guān)系，可以將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分別通過(guò)數(shù)學(xué)公式驗(yàn)證是否符合牛頓第二定律即可，也可將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)描繪在圖象中，結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)操作仔細(xì)分析實(shí)驗(yàn)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(wú)效數(shù)據(jù)，不要把圖線畫(huà)成過(guò)各點(diǎn)的折線二、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1一定要做好平衡摩擦力的工作，也就是調(diào)出一個(gè)合適的斜面，使小車(chē)的重力沿著斜面方向的分力正好平衡小車(chē)受的摩擦阻力在平衡摩擦力時(shí)，不要把懸掛小盤(pán)的細(xì)線系在小車(chē)上，

7、即不要給小車(chē)加任何牽引力，并要讓小車(chē)拖著打點(diǎn)的紙帶運(yùn)動(dòng)2整個(gè)實(shí)驗(yàn)平衡了摩擦力后，不管以后是改變小盤(pán)和砝碼的總質(zhì)量還是改變小車(chē)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(chē)與車(chē)上所加砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)大于小盤(pán)和砝碼的總質(zhì)量的條件下打出只有如此，小盤(pán)和砝碼的總重力才可視為小車(chē)受到的拉力4改變拉力和小車(chē)質(zhì)量后，每次開(kāi)始時(shí)小車(chē)應(yīng)盡量靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，并應(yīng)先接通電源，再放開(kāi)小車(chē)，且應(yīng)在小車(chē)到達(dá)滑輪前按住小車(chē)5作圖象時(shí)，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(duì)稱(chēng)分布在所作直線兩側(cè)6作圖時(shí)兩軸標(biāo)度比例要選擇適當(dāng)，各量須采用國(guó)際單位這樣作圖線時(shí)，坐標(biāo)點(diǎn)間距不至于過(guò)密，誤差會(huì)小些7為

8、提高測(cè)量精度(1)應(yīng)舍掉紙帶上開(kāi)頭比較密集的點(diǎn)，在后邊便于測(cè)量的地方找一個(gè)起點(diǎn)(2)可以把每打五次點(diǎn)的時(shí)間作為時(shí)間單位，即從開(kāi)始點(diǎn)起，每五個(gè)點(diǎn)標(biāo)出一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，而相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為T(mén)0.1 s. 在驗(yàn)證牛頓第二定律的實(shí)驗(yàn)中，采用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置，小車(chē)及車(chē)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(chē)的加速度可由小車(chē)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(chē)的拉力大小等于盤(pán)及盤(pán)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(yàn)時(shí)，保持盤(pán)及盤(pán)中砝碼的質(zhì)量一定，改變小車(chē)及車(chē)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

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(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(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？_.(3)圖(a)甲同學(xué)根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)作出的aF圖線沒(méi)有過(guò)原點(diǎn)，圖象交于F軸上一點(diǎn)，說(shuō)明沒(méi)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(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(chē)及車(chē)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(chē)及車(chē)上的砝碼的總質(zhì)量不同 (2012上海測(cè)試)某同學(xué)為驗(yàn)證牛頓第二定律中“力與加速度”的關(guān)系，采用光電門(mén)系統(tǒng)來(lái)代替位移和時(shí)間測(cè)量工具，實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示光滑導(dǎo)軌水平放置，細(xì)線繞過(guò)可轉(zhuǎn)動(dòng)的圓形光柵連接小車(chē)與重物(重物質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車(chē)質(zhì)量)，擋板可以在小車(chē)到達(dá)的時(shí)候使小車(chē)停下并粘住光電門(mén)在每次有紅外線通過(guò)光柵時(shí)會(huì)記下1次信號(hào)，如圖所示，圓形光柵每轉(zhuǎn)過(guò)1圈將會(huì)記下10次信號(hào)不計(jì)一切摩擦，每次都將小車(chē)靜止釋放，在小車(chē)停止后，記下重物質(zhì)量m、信號(hào)次數(shù)n、小車(chē)運(yùn)動(dòng)時(shí)間t.(2)若實(shí)驗(yàn)后得到了下表所示的數(shù)據(jù)，試分析，運(yùn)動(dòng)時(shí)間t3應(yīng)約為_(kāi).重物質(zhì)量重物質(zhì)量m信號(hào)次數(shù)信號(hào)次數(shù)n運(yùn)動(dòng)時(shí)間運(yùn)動(dòng)時(shí)間t/sm0402.002m0601.733m070t3