2012屆高三物理總復(fù)習(xí) 實(shí)驗(yàn)4 驗(yàn)證牛頓運(yùn)動(dòng)定律課件 魯科版

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1、實(shí)驗(yàn)四：驗(yàn)證牛頓運(yùn)動(dòng)定律 知識(shí)要點(diǎn)歸納實(shí)驗(yàn)?zāi)康?學(xué)會(huì)用控制變量法研究物理規(guī)律；2驗(yàn)證牛頓運(yùn)動(dòng)定律；3掌握利用圖象處理數(shù)據(jù)的方法 實(shí)驗(yàn)原理1驗(yàn)證牛頓運(yùn)動(dòng)定律的實(shí)驗(yàn)依據(jù)是牛頓第二定律，即FMa，當(dāng)研究對(duì)象有兩個(gè)以上的參量發(fā)生變化時(shí)，設(shè)法控制某些參量使之不變，而研究另外兩個(gè)參量之間的變化關(guān)系的方法叫控制變量法本實(shí)驗(yàn)中有力F、質(zhì)量M和加速度a三個(gè)變量，研究加速度a與F及M的關(guān)系時(shí)，先控制質(zhì)量M不變，討論加速度a與力F的關(guān)系；然后再控制力F不變，討論加速度a與質(zhì)量M的關(guān)系 2實(shí)驗(yàn)中需要測(cè)量的物理量和測(cè)量方法：小車(chē)及砝碼的總質(zhì)量M；用天平測(cè)出小車(chē)受到的拉力F認(rèn)為等于托盤(pán)和砝碼的總重力m g.小車(chē)的加速度a

2、利用紙帶根據(jù)saT2計(jì)算 實(shí)驗(yàn)器材打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、復(fù)寫(xiě)紙片、小車(chē)、一端附有定滑輪的長(zhǎng)木板、重物、夾子、細(xì)繩、低壓交流電源、導(dǎo)線、天平(帶有一套砝碼)、刻度尺 過(guò)程分析導(dǎo)引一、實(shí)驗(yàn)步驟1用天平測(cè)出小車(chē)和砝碼的總質(zhì)量M，小盤(pán)和砝碼的總質(zhì)量m，把數(shù)值記錄下來(lái)2按如圖341所示把實(shí)驗(yàn)器材安裝好，只是不把懸掛小盤(pán)的細(xì)繩系在車(chē)上，即不給小車(chē)施加牽引力 圖341 3平衡摩擦力：在長(zhǎng)木板不帶定滑輪的一端下面墊一塊木板反復(fù)移動(dòng)木板的位置，直至小車(chē)在斜面上運(yùn)動(dòng)時(shí)可以保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)這時(shí)，小車(chē)拖著紙帶運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的摩擦阻力恰好與小車(chē)所受的重力在斜面方向上的分力平衡4把細(xì)繩系在小車(chē)上并繞過(guò)滑輪懸掛小盤(pán)，先接通電源

3、再放開(kāi)小車(chē)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一系列的點(diǎn)，打完點(diǎn)后切斷電源，取下紙帶，在紙帶上標(biāo)上紙帶號(hào)碼 5保持小車(chē)和砝碼的質(zhì)量不變，在小盤(pán)里放入適量的砝碼，把小盤(pán)和砝碼的總質(zhì)量m 記錄下來(lái)，重復(fù)步驟4.在小桶內(nèi)再放入適量砝碼，記錄下小盤(pán)和砝碼的總質(zhì)量m ，再重復(fù)步驟4.6重復(fù)步驟5兩次，得到三條紙帶7在每條紙帶上都選取一段比較理想的部分，標(biāo)明計(jì)數(shù)點(diǎn)，測(cè)量計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離，算出每條紙帶上的加速度的值 8用縱坐標(biāo)表示加速度a，橫坐標(biāo)表示作用力F，作用力F的大小等于小盤(pán)和砝碼的總重力，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)，如果這些點(diǎn)是在一條過(guò)原點(diǎn)的直線上，便證明了加速度與作用力成正比9保持小盤(pán)和砝碼的質(zhì)量不變

4、，在小車(chē)上加砝碼，重復(fù)上面的實(shí)驗(yàn)，用縱坐標(biāo)表示加速度a，橫坐標(biāo)表示小車(chē)和砝碼總質(zhì)量的倒數(shù)，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)如果這些點(diǎn)是在一條過(guò)原點(diǎn)的直線上，就證明了加速度與質(zhì)量成反比 二、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，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實(shí)驗(yàn)步驟2、3不需要重復(fù)，即整個(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)

5、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為提高測(cè)量精度，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)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.三、誤差分析1質(zhì)量的

6、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 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，誤差就越大；反之，小盤(pán)和砝碼的總質(zhì)量越小于小車(chē)的質(zhì)量，誤差就越小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)的距離相等 實(shí)驗(yàn)典例精析實(shí)驗(yàn)原理和步驟的考查 在驗(yàn)證牛頓運(yùn)動(dòng)定律的實(shí)驗(yàn)中，采用如圖342所示的實(shí)驗(yàn)裝置，小車(chē)及車(chē)中的砝碼質(zhì)

7、量用M表示，盤(pán)及盤(pán)中的砝碼質(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： 圖342 (1)當(dāng)M與m的大小關(guān)系滿足_時(shí)，才可以認(rèn)為繩子對(duì)小車(chē)的拉力大小等于盤(pán)和砝碼的重力(2)一組同學(xué)在先保持盤(pán)及盤(pán)中的砝碼質(zhì)量一定，探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系，以下做法錯(cuò)誤的是()A平衡摩擦力時(shí)，應(yīng)將盤(pán)及盤(pán)中的砝碼用細(xì)繩通過(guò)定滑輪系在小車(chē)上B每次改變小車(chē)的質(zhì)量時(shí)，不需要重新平衡摩擦力C實(shí)驗(yàn)時(shí)，先放開(kāi)小車(chē)，再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源D小車(chē)運(yùn)動(dòng)的加速度可用天平測(cè)出m以及小車(chē)質(zhì)量M，直接用公式am g/M求出 (3)做該實(shí)驗(yàn)時(shí)，按實(shí)驗(yàn)要求裝置好器材后，應(yīng)按一定的步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，下列給出供選擇的操作步驟：A

8、保持小盤(pán)和砝碼的質(zhì)量不變，在小車(chē)?yán)锛禹来a，測(cè)出加速度，重復(fù)幾次B保持小車(chē)質(zhì)量不變，改變小盤(pán)里砝碼的質(zhì)量，測(cè)出加速度，重復(fù)幾次C用天平測(cè)出小車(chē)的質(zhì)量D在長(zhǎng)木板沒(méi)有定滑輪的一端墊上厚度合適的墊木，平衡摩擦力 【解析】(1)驗(yàn)證牛頓運(yùn)動(dòng)定律實(shí)驗(yàn)，為了減小系統(tǒng)誤差，必須滿足m M，才可以認(rèn)為繩子對(duì)小車(chē)的拉力大小等于盤(pán)和砝碼的重力(2)平衡摩擦力時(shí)，不能將盤(pán)及盤(pán)中的砝碼用細(xì)繩通過(guò)定滑輪系在小車(chē)上，每次改變小車(chē)的質(zhì)量時(shí)，不需要重新平衡摩擦力，實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源，再放開(kāi)小車(chē)，小車(chē)運(yùn)動(dòng)的加速度應(yīng)由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶求出，選項(xiàng)A、C、D錯(cuò)誤(3)實(shí)驗(yàn)中不需用秒表測(cè)出小車(chē)運(yùn)動(dòng)的時(shí)間，因此F是不必要的

9、步驟，實(shí)驗(yàn)的順序是DCGABE. 【答案】(1)m M(2)ACD(3)FDCGABE【規(guī)律總結(jié)】對(duì)探究實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)要掌握其原理，引導(dǎo)學(xué)生動(dòng)手完成實(shí)驗(yàn)，體驗(yàn)探究的過(guò)程是理解原理和掌握步驟的關(guān)鍵 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的考查 (2011年福建押題卷)某學(xué)習(xí)小組的同學(xué)在用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器驗(yàn)證牛頓運(yùn)動(dòng)定律的實(shí)驗(yàn)中，不改變拉力，只改變物體的質(zhì)量，得到了如下表所示的幾組數(shù)據(jù)，其中第3組數(shù)據(jù)還未算出加速度，但對(duì)應(yīng)該組的紙帶打出了，如圖343所示(長(zhǎng)度單位：cm)，圖中各點(diǎn)為每打5個(gè)點(diǎn)選出的計(jì)數(shù)點(diǎn)(兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)未標(biāo)出). 圖343 實(shí)驗(yàn)序號(hào)1 2 3 4 5 6小車(chē)質(zhì)量/g 200 300 400 500 600 10

10、00小車(chē)加速度/(m/s2) 2.00 1.33 0.79 0.67 0.40小車(chē)質(zhì)量倒數(shù)/kg1 5.00 3.33 2.50 2.00 1.67 1.00 (1)請(qǐng)由紙帶上的數(shù)據(jù)，計(jì)算出缺少的加速度值并填入表中(小數(shù)點(diǎn)后保留兩位小數(shù))(2)請(qǐng)?jiān)谌鐖D344所示坐標(biāo)系中，將表中各組數(shù)據(jù)用小黑點(diǎn)描在坐標(biāo)系上，并作出平滑的圖線圖344 (3)由圖象得出的結(jié)論是：_. (2)在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)畫(huà)圖如圖345所示(3)在力F一定的情況下，由圖345知運(yùn)動(dòng)物體的加速度與物體質(zhì)量的倒數(shù)成正比圖345 【答案】見(jiàn)解析【規(guī)律總結(jié)】本題主要考查實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理，逐差法是紙帶類問(wèn)題計(jì)算加速度的常用方法，要分清紙帶上兩點(diǎn)

11、間距離的意義及兩點(diǎn)間的時(shí)間圖象法是實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的常用方法，比較直觀形象，做圖時(shí)比例選取要適當(dāng)，點(diǎn)不要過(guò)密 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn) (2010年高考山東理綜卷)某同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖346所示的裝置來(lái)探究加速度與力的關(guān)系彈簧秤固定在一合適的木板上，桌面的右邊緣固定一支表面光滑的鉛筆以代替定滑輪，細(xì)繩的兩端分別與彈簧秤的掛鉤和礦泉水瓶連接在桌面上畫(huà)出兩條平行線MN、PQ，并測(cè)出間距d.開(kāi)始時(shí)將木板置于MN處，現(xiàn)緩慢向瓶中加水，直到木板剛剛開(kāi)始運(yùn)動(dòng)為止，記下彈簧秤的示數(shù)F 0，以此表示滑動(dòng)摩擦力的大小再將木板放回 原處并按住，繼續(xù)向瓶中加水后，記下彈簧秤的示數(shù)F1，然后釋放木板，并用秒表記下木板運(yùn)動(dòng)到PQ處的時(shí)間t.圖346 (1)木板的加速度可以用d、t表示為a_；為了減小測(cè)量加速度的偶然誤差可以采用的方法是(一種即可)_(2)改變瓶中水的質(zhì)量重復(fù)實(shí)驗(yàn)，確定加速度a與彈簧秤示數(shù)F1的關(guān)系下列圖象能表示該同學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的是_圖347 (3)用加水的方法改變拉力的大小與掛鉤碼的方法相比，它的優(yōu)點(diǎn)是_a可以改變滑動(dòng)摩擦力的大小b可以更方便地獲取多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)c可以比較精確地測(cè)出摩擦力的大小d可以獲得更大的加速度以提高實(shí)驗(yàn)精度 【規(guī)律總結(jié)】創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)一般是實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法和步驟的簡(jiǎn)化，理解好實(shí)驗(yàn)原理是完成實(shí)驗(yàn)的前提