高考物理总复习 第三章 第三单元 第5课 实验 验证牛顿运动定律课件.ppt

第三单元实验与探究第5课实验 验证牛顿运动定律 第三章力与运动 知能要求与高考展望 1 掌握 验证牛顿第二定律 实验的器材 安装 方法 步骤 数据处理及误差分析 2 本实验为高考命题热点 课前自修 1 细线对小车的拉力如图所示装置 在沙桶和沙质量 时 可认为沙桶和沙的重力作为细线对小车的拉力 很小 2 平衡长木板的摩擦力在长木板靠近 的一端下面垫一块木板 反复移动木板的位置 直至小车在斜面上拉动纸带打出 的点为止 这时 小车拖着纸带运动受到的摩擦阻力恰好与小车的重力沿 的分力相平衡 斜面方向上 打点计时器 点距相等 3 作出加速度和力的关系图线保持小车质量不变 改变 从而改变细线对小车的牵引力 测出小车的对应加速度 作出加速度和力的关系图线 验证加速度是否与外力成正比 4 作出加速度和质量倒数的关系图线保持小桶和沙的质量不变 改变小车的质量 测出小车的对应加速度 作出加速度和质量 的关系图线 验证加速度是否与质量成反比 倒数 小桶内沙的质量 在小车上加减砝码 重难突破 1 实验原理 1 如上图所示装置 在沙桶和沙的质量很小时 可认为细线对小车的拉力就是沙桶和沙的总重力 2 平衡长木板的摩擦力 3 保持小车质量不变 改变小桶内沙的质量 从而改变细线对小车的牵引力 测出小车的对应加速度 作出加速度和力的关系图线 验证加速度是否与外力成正比 4 保持小桶和沙的质量不变 在小车上加减砝码 改变小车的质量 测出小车的对应加速度 作出加速度和质量倒数的关系图线 验证加速度是否与质量成反比 2 实验器材一端带有定滑轮的长木板 薄木板 小车 细线 小桶和沙 打点计时器 交流电源 导线 天平 带一套砝码 砝码 毫米刻度尺 纸带 3 实验步骤 1 用天平测出小车和砝码的总质量m 把数值记录下来 2 按前述图所示把实验器材安装好 只是不把悬挂小桶的细绳系在车上 即不给小车加牵引力 3 平衡摩擦力 在长木板不带定滑轮的一端下面垫一块木板 反复移动木板的位置 直至小车在斜面上做匀速直线运动 这时 小车拖着纸带运动受到的摩擦阻力恰好与小车所受的重力沿斜面方向下的分力平衡 4 把细绳系在小车上并绕过滑轮悬挂小桶 先接通电源再放开小车 打点计时器在纸带上打下一系列的点 打完点后切断电源 取下纸带 在纸带上标上纸带号码 5 保持小车和砝码的质量不变 在小桶里放入适量的沙 使小桶和沙的总质量远小于小车和砝码的总质量 把小桶和沙的总质量m 记录下来 重复步骤 4 在小桶内再放入适量的沙 记录下小桶和沙的总质量m 再重复步骤 4 6 重复步骤 5 3次 得到3条纸带 7 在每条纸带上都选取一段比较理想的部分 标明计数点 测量计数点间的距离 算出每条纸带上的加速度的值并记录到表中 8 以加速度a为纵轴 力f为横轴 根据测量出的对应量在图的方格纸中描点 然后用平滑的直线画线 如果这些点是在一条过原点的直线上 便证明了加速度与作用力成正比 9 保持小桶和沙的质量不变 即保持小车所受合外力不变 在小车上通过改变砝码的个数 重复上面的实验 并记录下小车 连同砝码的质量 及相应加速度的值到表中 10 以加速度a为纵轴 质量的倒数1 m为横轴 在方格纸中描点 然后用平滑的直线画线 如果这些点是在一条过原点的直线上 便证明了加速度与质量成反比 4 注意事项 1 整个实验平衡了摩擦力后 不管以后是改变沙和沙桶的质量还是改变小车及砝码的质量都不需要重新平衡摩擦力 实验中 先接通电源后再用手给小车一个初速度 若在纸带上打出的点间隔基本均匀 才表明平衡了摩擦力 否则必须调整长木板的高度 2 平衡摩擦力后每条纸带必须满足在小车加砝码的质量远大于沙和沙桶的总质量的条件下进行 只有这样 沙和沙桶的总重力才可视为小车受到的拉力 3 改变拉力和小车质量时 每次开始实验时小车应尽量靠近打点计时器并应先接通电源再放开小车 且在小车到达滑轮前应按住小车 4 作图象时 要使尽可能多的点在所作的直线上 不在直线上的点应尽可能对称分布在所作的直线两侧 5 误差分析本实验的误差来源 1 因原理不完善引起的误差 本实验用沙和沙桶的总重力 m m g代替小车的拉力 而实际小车所受的拉力要小于沙和沙桶的总重力 这个沙和沙桶的总质量越接近小车和砝码的总质量 误差越大 反之沙和沙桶的总质量越小于小车和砝码的总质量 误差越小 但不可能消去此误差 2 因平衡摩擦力不当而引起的误差 题型探究 题型一 实验原理和操作的考查 例1 用下图所示的装置做 验证牛顿第二定律 的实验 1 小车的加速度a同时跟沙桶提供的拉力f和小车的质量m两个因素有关 研究这三个物理量之间的定量关系的基本思路是 2 完成下列部分实验步骤的有关内容 按图示的装置安装器材 将电火花计时器接到 填 直流 或 交流 电源上 为了消除长木板对小车摩擦力的影响 用薄片把长木板 的一端适当垫高 给小车一定速度 在没有连接 的情况下小车做 运动 用天平测定沙桶的质量和小车的质量 挂上沙桶 先 再 小车在细线牵引下拉动纸带 打点计时器在纸带上打下了许多点 切断电源 取下纸带 定好点 计算加速度 审题突破 本题考查 验证牛顿第二定律 的实验原理及步骤 要明确控制变量法 等效法是这个实验的重要方法 解析 1 本实验是利用控制变量法来实现目的 其基本思路是 控制小车的质量m不变 改变沙桶的质量 可通过加入细沙 来改变沙桶提供的拉力f 研究小车的加速度a与力f的定量关系 或控制沙桶提供的拉力f不变 改变小车的质量m 可通过加入砝码 研究小车的加速度a与质量m的关系 2 交流 这里涉及等效法 即平衡摩擦力 具体做法为 用薄片把长木板靠近打点计时器的一端适当垫高 给小车一定速度 在没有连接沙桶的情况下小车做匀速直线运动 这是实验操作规范要求 先接通电源 后释放纸带 答案 见解析 方法点窍 同学们应掌握实验的几种方法 控制变量法 等效法 平衡摩擦力 要正确使用天平 打点计时器 注意实验操作的规范化 题型二 实验数据处理和误差分析 例2 某同学在做 验证牛顿第二定律 的实验中 1 一组同学不改变拉力 即沙桶和沙的质量 只改变小车的质量 即通过加入砝码 得到了如下表所示的几组数据 其中第3组数据还未算出加速度 但对应组已打出了纸带 如图甲所示 图中各点为每5个打点选出的计数点 两计数点间还有4个打点未标出 请由纸带上的数据 计算出缺少的加速度值并填入表中 小数点后保留2位小数 请在图乙中建立合适的坐标 将表中各组数据用小黑点 或小叉 描述在坐标纸上 并作出平滑的图线 由图象得出的结论是 2 另一组同学也通过实验得出了在小车质量一定时 加速度与拉力的关系图线如图丙所示 图线上部弯曲的原因是 审题突破 本题考查对实验数据的处理能力及图线的分析能力 要明确计算加速度的方法仍是逐差法 而作图中定标度 描点连线的各步骤一定要处理好 要定好两坐标的物理量及单位 尽量使点布满于表中 线要经过更多的点 对图线的分析一定要根据规律分析 解析 1 0 99 如图所示 在拉力一定的条件下 加速度与物体质量的倒数成正比 或与质量成反比 2 a f图线上部弯曲的原因是未满足沙桶及沙的质量远小于小车质量的条件 答案 见解析 方法点窍 同学们应掌握实验的几种方法 逐差法计算加速度 图象法发现物理规律 近似法 f mg 判断图线反映的物理规律等 所下的结论要从实际出发 不能一律说是 在误差允许的范围内 要根据本实验实际 在什么物理量不变的条件下 去说明 随堂训练 在 验证牛顿运动定律 的实验中 实验装置如图甲所示 有一位同学通