2011届状元之路物理必.ppt

第1页 * 3.3 实验:验证牛顿第二定律 第2页 * 知 识识 精 要 高效梳理知识备识备 考 一实验实验 目的 1.学会用控制变变量法研究物理规规律. 2.验证验证 牛顿顿第二定律. 3.掌握利用图图象处处理数据的方法. 第3页 * 二实验实验 原理 探究加速度a与力F及质质量m的关系时时,应应用的基本方法是控 制变变量法,即先控制一个参量如小车车的质质量m不变变,讨论讨论 加 速度a与力F的关系,再控制小桶和砂的质质量不变变,即力F不 变变,改变变小车质车质 量m,讨论讨论 加速度a与质质量m的关系. 三实验实验 器材 打点计时计时 器,纸带纸带 ,复写纸纸片,小车车,一端附有定滑轮轮的长长木板, 小桶,砂,夹夹子,细绳细绳 ,低压压交流电电源,导线导线 ,天平(带带有一套砝 码码),刻度尺. 第4页 * 四实验实验 步骤骤及数据 1.用天平测测出小车车和砝码码的总质总质 量M,把数值记录值记录 下来. 2.按图图3-3-1所示把实验实验 器材安装好,只是不把悬悬挂小桶的细细 绳绳系在车车上,即不给给小车车加牵牵引力. 第5页 * 3.平衡摩擦力:在长长木板的不带带定滑轮轮的一端下面垫垫一块块木 板.反复移动动木板的位置,直至小车车在斜面上可以保持匀速 直线线运动动状态态.这时这时 ,小车车拖着纸带纸带 运动时动时 受到的摩擦阻 力恰好与小车车所受的重力沿斜面向下的分力平衡. 第6页 * 4.把细绳细绳 系在小车车上并绕过绕过 滑轮悬轮悬 挂小桶,先接通电电源再放 开小车车,打点计时计时 器在纸带纸带 上打下一系列的点,打完点后切 断电电源,取下纸带纸带 ,在纸带纸带 上标标上纸带纸带 号码码. 5.保持小车车和砝码码的质质量不变变,在小桶里放入适量的砂,使小 桶和砂的总质总质 量远远小于小车车和砝码码的总质总质 量,把小桶和砂 的总质总质 量m记录记录 下来,重复步骤骤(4).在小桶内再放入适量 砂,记录记录 下小桶和砂的总质总质 量m,再重复步骤骤(4). 6.重复步骤骤(5)三次,得到三条纸带纸带 . 7.在每条纸带纸带 上都选选取一段比较较理想的部分,标标明计计数点,测测 量计计数点间间的距离,算出每条纸带纸带 上的加速度的值值. 第7页 * 8.用纵纵坐标标表示加速度a,横坐标标表示作用力F,作用 力的大小F等于小桶和砂的总总重力,根据实验结实验结 果 在坐标标平面上画出相应应的点,如果这这些点是在一条 过过原点的直线线上,便证证明了加速度与作用力成正比 . 9.保持砂和小桶的质质量不变变,在小车车上加砝码码,重复 上面的实验实验 ,用纵纵坐标标表示加速度a,横坐标标表示小 车车和砝码总质码总质 量的倒数,根据实验结实验结 果在坐标标平 面上画出相应应的点.如果这这些点是在一条过过原点的 直线线上,就证证明了加速度与质质量成反比. 第8页 * 双 基 精 练练 自主探究基础备础备 考 1.如果图图象是通过过原点的一条直线线,则说则说 明( ) A.物体的加速度a与质质量m成正比 B.物体的加速度a与质质量m成反比 C.物体的质质量m与加速度a成正比 D.物体的质质量m与加速度a成反比 第9页 * 解析:只能说说明加速度a与质质量m成反比,而不能说质说质 量与加速 度成反比,要明确a与m的主从关系. 答案:B 第10页 * 2.关于“探究加速度与力质质量的关系”的实验实验 ,以下做法错误错误 的是( ) A.平衡摩擦力时时,应应将装砂的小桶用细绳细绳 通过过定滑轮轮系在小 车车上 B.每次改变变小车车的质质量时时,不需要重新平衡摩擦力 C.实验时实验时 ,先放开小车车,再接通打点计时计时 器电电源 D.求小车车运动动的加速度时时,可用天平测测出装砂小桶和砂的质质 量(m和m)以及小车质车质 量M,直接用公式 求出 答案:ACD 第11页 * 疑 难难 精 讲讲 名师师解疑能力备备考 疑难难点一.实验实验 中应应注意哪些问题问题 ? 名师师在线线:1.实验实验 中一定要平衡摩擦力以减小实验误实验误 差. 2.在实验实验 中一定要注意使砂和小砂桶的总质总质 量远远小于小车车和 砝码码的总质总质 量. 第12页 * 3.改变变拉力和小车质车质 量后,每次开始时时小车应车应 尽量靠近打点 计时计时 器,并应应先接通电电源,再放开小车车,且在小车车到达定滑 轮轮前应应按住小车车. 4.各纸带纸带 的加速度,都应应是该纸带该纸带 的平均加速度. 5.作图图象时时,要使尽可能多的点在所作直线线上,不在直线线上的 点应应尽可能对对称分布在所作直线线的两侧侧. 第13页 * 疑难难点二.本实验实验 中为为何采用图图象法处处理实验实验 数据? 名师师在线线:利用图图象处处理数据是一种常用的重要方法.将实验实验 中得到的数据通过过描点作出图图象,可以非常直观观地看出两 个物理量之间间的关系,也可以有效地减小实验误实验误 差,确定并 排除实验实验 中测测得的一些错误错误 数据. 在探究加速度与力的关系的实验实验 中,以加速度a为纵为纵 坐标标,力F 为为横坐标标,根据各组组数据在坐标标系中描点.如果这这些点在一 条过过原点的直线线上,说说明a与F成正比. 第14页 * 在探究加速度与质质量的关系实验实验 中,“加速度a与质质量m成反 比”实际实际 上就是“加速度a与质质量的倒数成正比”,以 加速度a为纵为纵 坐标标,以质质量的倒数为为横坐标标建 立坐标标系,根据图图象是不是过过原点的直线线,就能 判断a与m是否成反比. 第15页 * 易 错错 点 拨拨 自我完善误误区备备考 易错错点不能应应用实验实验 原理分析图图象导导致的错误错误 自我诊诊断在“探究加速度与力质质量的关系”的实验实验 中,在研究 加速度a与小车车的质质量M的关系时时,由于没有注意始终满终满 足 M m的条件,结结果得到的图图象应应是图图3-3-2中的( ) 第16页 * 解析:实验实验 中绳绳的张张力 则则小车车加速度 实验时实验时 若保持小车质车质 量不变变,横轴为轴为 则则图图象必过过原点,为为直线线.当满满足M m时时,m可忽 略, 图图象还还可以满满足图图象是过过原点的直线线.当小车质车质 量较较小,不 满满足M m时时,图图象会弯曲,故选选D项项. 答案:D 第17页 * 题题 型 研 练练 互动动探究方法备备考 题题型一实验实验 原理和数据处处理 【例1】 在“验证验证 牛顿顿运动动定律”的实验实验 中,采用如图图3-3-3所 示的实验实验 装置,小车车及车车中砝码码的质质量用M表示,盘盘及盘盘 中砝码码的质质量用m表示,小车车的加速度可由小车车后拖动动的 纸带纸带 上打的点计计算出. 第18页 * (1)当M与m的大小关系满足_时,才可以认为绳对 小车的拉力大小等于盘及盘中砝码的重力. 解析:(1)只有M与m满足Mm时,才能使绳对小车的拉力近似 等于盘及盘中砝码的重力. 答案:(1)Mm 第19页 * (2)一组同学在做加速度与质量的关系实验时,保持盘及盘中 砝码的质量一定,改变小车及车中砝码的质量,测出相应的 加速度,采用图象法处理数据.为了比较容易地检查出加速 度a与质量M的关系,应该作a与_的图象 . 解析:由于 所以 图象应是一条过原点的直线,所以数据处理时,常作出a与 的图象. 答案: 第20页 * (3)如图3-3-4(a)所示为甲同学根据测量数据作出的a-F图线, 此图线说明实验存在的问题是_. 解析:没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够. 答案:没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够 第21页 * (4)乙丙两同学用同一装置做实验实验 ,画出了各自得到的a-F图图 象如图图3-3-4(b)所示,两个同学做实验时实验时 的哪一个物理量取 值值不同? 解析:小车及车上的砝码的总质量不同时,a-F图象的斜率也就 不同. 答案:小车及车上砝码的总质量 第22页 * 方法总结总结 :控制变变量法是研究物理问题时问题时 常用的方法之一,采 用控制变变量法容易找出物理量间间的关系. 第23页 * 创新预测1 在“探究加速度与力质量的关系”的实验中,测得的加速度a和 F的关系数据记录如表一,测得的加速度a和1/M的关系数据记 录如表二. 表一 第24页 * 表二 第25页 * (1)在图3-3-5的坐标纸中,由表一表二数据用描点法作出a-F 图象图象; 建立坐标系,确定标度,描点画出,得出a-F图象和 图象分别如图3-3-6(a)(b)所示. 第26页 * (2)由图象可得加速度与力是什么关系?加速度与质量是什么 关系? 正比关系 反比关系 答案:见解析 第27页 * (3)物体的质量M为多少?产生加速度的力为多大? 0.50 kg 4.02 N 答案:见解析 第28页 * 解析:本题主要考查用图象法处理实验数据的能力. 第29页 * 高 效 作 业 自我测评技能备考 一选择题 1.如图3-3-7所示为“验证牛顿第二定律”时甲乙两同学根据 实验数据画出的a-F图象,直线为甲同学画出的,直线为乙 同学画出的.直线在纵轴或横轴上的截距较大,明显超出 了误差范围,下面给出了关于形成这种情况的四种解释,其中 可能正确的是( ) 第30页 * A.实验前甲同学没有平衡摩擦力 B.甲同学在平衡摩擦力时,把长木板的末端抬得过高了 C.实验前乙同学没有平衡摩擦力 D.乙同学在平衡摩擦力时,把长木板的末端抬得过高了 答案:BC 第31页 * 解析:直线在纵轴上有较大的截距,说明在绳对小车的拉力 F=0(还没有挂砂桶)时,小车就有了沿长木板向下的加速度a0, 说明平衡摩擦力时长木板倾角过大.直线在横轴上有较大的 截距,说明乙同学在实验前没有平衡摩擦力,因此在绳对小车 有了较大的拉力F以后,小车的加速度仍然为零.故选项BC正 确. 第32页 * 2.关于验证牛顿第二定律的实验,下列说法中符合实际的是( ) A.通过对同时改变小车的质量m及受到的拉力F的研究,能归 纳出加速度力质量三者之间的关系 B.通过对保持小车质量不变,只改变小车的拉力的研究,就可 以归纳出加速度力质量三者之间的关系 C.通过对保持小车受力不变,只改变小车质量的研究,就可以 得出加速度力质量三者之间的关系 D.先不改变小车质量,研究加速度与力的关系;再不改变力,研 究加速度与质量的关系,最后归纳出加速度力质量三者之间 的关系 第33页 * 解析:由于实验中有三个量同时变化,在研究过程中采用控制 变量法,通过对保持小车质量不变,只改变小车的拉力的研究, 可以归纳出加速度力二者之间的关系,再通过对保持小车受 力不变,只改变小车质量的研究,可以得出加速度质量二者之 间的关系,所以D项正确. 答案:D 第34页 * 3.如图3-3-8所示是在验证牛顿第二定律实验中,根据实验数 据描绘出的三条a-F图象,下列说法中正确的是( ) A.三条倾斜直线所对应的小车和砝码的总质量相同 B.三条倾斜直线所对应的小车和砝码的总质量不同 C.直线1对应的小车和砝码的总质量最大 D.直线3对应的小车和砝码的总质量最大 第35页 * 解析:由牛顿第二定律得: 直线的斜率等于质量的倒数,三条直线的斜率不同,说明三条 直线所对应的小车和砝码的总质量不同;由题图可知,直线1的 斜率最大,所对应的总质量最小;直线3的斜率最小,所对应的 总质量最大.正确选项为BD. 答案:BD 第36页 * 二非选择题选择题 4.(2009南通质检质检 )“验证验证 牛顿顿第二定律”的实验实验 ,主要的步骤骤 有: A.将一端附有定滑轮轮的长长木板放在水平桌面上,取两个质质量 相等的小车车,放在光滑的水平长长木板上; B.打开夹夹子,让让两个小车车同时时从静止开始运动动,小车车运动动一段 距离后,夹夹上夹夹子,让让它们们同时时停下来,用刻度尺分别测别测 出 两个小车车在这这一段时间时间 内通过过的位移大小; C.分析所得到的两个小车车在相同的时间时间 内通过过的位移大小与 小车车所受的水平拉力的大小关系,从而得到质质量相等的物 体运动动的加速度与物体所受作用力大小的关系; 第37页 * D.在小车车的后端也分别别系上细绳细绳 ,用一只夹夹子夹夹住这这两根细细 绳绳; E.在小车车的前端分别别系上细绳细绳 ,绳绳的另一端跨过过定滑轮轮各挂 一个小盘盘,盘盘内分别别放着数目不等的砝码码,使砝码盘码盘 和盘盘内 砝码码的总质总质 量远远小于小车车的质质量,分别别用天平测测出两个砝 码盘码盘 和盘盘内砝码码的总质总质 量 上述实验实验 步骤骤,正确的排列顺顺序是. 答案:AEDBC 解析:此题题考查查的是实验实验 步骤骤,对对于实验实验 的一些常识识,必须须牢 记记于心,结结合本实验实验 的实验实验 步骤骤,不难难排列出正确的顺顺序. 第38页 * 5.(2007海南高考)现现要验证验证 “当质质量一定时时,物体运动动的加速 度与它所受的合外力成正比”这这一物理规规律.给给定的器材如 下:一倾倾角可以调节调节 的长长斜面(如图图3-3-9),小车车,计时计时 器一 个,米尺. 第39页 * (1)填入适当的公式或文字,完善以下实验实验 步骤骤(不考虑虑摩擦力 的影响): 让让小车车自斜面上方一固定点A1从静止开始下滑至斜面底 端A2,记记下所用的时间时间 t. 用米尺测测量A1与A2之间间的距离x,则则小车车的加速度 a=_. 用米尺测测量A1相对对于A2的高度h.设设小车车所受重力为为mg,则则 小车车所受合外力F=_. 第40页 * 改变变_,重复上述测测量. 以h为为横坐标标,1/t2为纵为纵 坐标标,根据实验实验 数据作图图.如能得到 一条过过原点的直线线,则则可以验证验证 “当质质量一定时时,物体运动动 的加速度与它所受的合外力成正比”这这一规规律. 斜面倾角(或h的数值) 第41页 * (2)在探究如何消除上述实验实验 中摩擦阻力影响的过过程中,某同 学设计设计 的方案是: 调节调节 斜面倾倾角,使小车车在斜面上匀速下滑,测测量此时时A1点相 对对于斜面底端A2的高度h0. 进进行(1)中的各项测项测 量. 计计算与作图时图时 用(h-h0)代替h. 第42页 * 对对此方案有以下几种评论评论 意见见: A.方案正确可行 B.方案的理论论依据正确,但利用所给给器材无法确定小车车在斜 面上是做匀速运动动 C.方案的理论论依据有问题问题 ,小车车所受摩擦力与斜面倾倾角有关 其中合理的意见见是. C 第43页 * 解析:(1)因为为要探索“加速度和力的关系”,所以应应保持小车车 的总质总质 量不变变,钩码钩码 所受的重力作为为小车车所受外力; (2)由于OA段a-F关系为为一倾倾斜的直线线,所以在质质量不变变的条 件下,加速度与外力成正比;由实验实验 原理:mg=M a得 而实际实际 上 可见见AB段明显显偏离直线线是由于没有满满足M m造成的. 第44页 * 7.(2009江苏苏卷)“探究加速度与物体质质量物体受力的关系” 的实验实验 装置如图图3-3-11(a)所示. (1)在平衡小车车与桌面之间间摩擦力的过过程中,打出了一条纸带纸带 如图图(b)所示,计时计时 器打点的时间间时间间 隔为为0.02 s.从比较较清晰 的点起,每5个