高考物理总复习（重难点突破+题型探究）第三章第4课 实验 验证牛顿运动定律课件.ppt

第4课实验 验证牛顿运动定律 第三单元实验与探究 一 实验目的1 学会用控制变量法研究物理规律 2 验证牛顿第二定律 3 掌握利用图象处理数据的方法 二 实验原理探究加速度a与力f及质量m的关系时 应用的基本方法是控制变量法 即先控制一个参量 小车的质量m不变 讨论加速度a与力f的关系 再控制小盘和砝码的质量不变 即力f不变 改变小车质量m 讨论加速度a与m的关系 三 实验器材打点计时器 纸带 复写纸 小车 一端附有定滑轮的长木板 小盘 夹子 细绳 低压交流电源 导线 天平 刻度尺 砝码 四 实验步骤1 测质量用天平测出小车和砝码的总质量m 小盘和砝码的总质量m 把测量结果记录下来 2 仪器安装及平衡摩擦力 1 按下图把实验器材安装好 只是不把悬挂小盘的细绳系在车上 即不给小车加牵引力 2 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 直至小车在斜面上运动时可以保持匀速直线运动状态 这时 小车拖着纸带运动时受到的摩擦阻力恰好与小车所受的重力在斜面方向上的分力平衡 3 保持小车的质量不变 1 把细绳系在小车上并绕过滑轮悬挂小盘 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 2 保持小车和砝码的质量不变 在小盘里放人适量的砝码 把小盘和砝码的总质量m 记录下来 重复步骤 1 在小桶内再放入适量砝码 记录下小盘和砝码的总质量m 再重复步骤 1 3 重复步骤 2 三次 得到三条纸带 4 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 5 用纵坐标表示加速度a 横坐标表示作用力f 作用力的大小f等于小盘和砝码的总重力 根据实验结果在坐标平面上画出相应的点 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 4 保持小盘和砝码的质量不变保持小盘和砝码的质量不变 在小车上加砝码 重复上面的实验 用纵坐标表示加速度a 横坐标表示小车和砝码总质量的倒数 根据实验结果在坐标平面上画出相应的点 如果这些点是在一条过原点的直线上 就证明了加速度与质量成反比 五 注意事项1 一定要做好平衡摩擦力的工作 也就是调出一个合适的斜面 使小车的重力沿着斜面方向的分力正好平衡小车受的摩擦阻力 在平衡摩擦力时 不要把悬挂小盘的细线系在小车上 即不要给小车加任何牵引力 并要让小车拖着打点的纸带运动 2 实验步骤2不需要重复 即整个实验平衡了摩擦力后 不管以后是改变小盘和砝码的总质量还是改变小车和砝码的总质量 都不需要重新平衡摩擦力 3 每条纸带必须在满足小车与车上所加砝码的总质量远大于小盘和砝码的总质量的条件下打出 只有如此 小盘和砝码的总重力才可视为小车受到的拉力 4 改变拉力和小车质量后 每次开始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 且应在小车到达滑轮前按住小车 例1 2012 安徽高考 图甲为 验证牛顿第二定律 的实验装置示意图 沙和沙桶的总质量为m 小车和砝码的总质量为m 实验中用沙和沙桶总重力的大小作为细线对小车拉力的大小 实验原理和操作的考查 1 实验中 为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力 先调节长木板一端滑轮的高度 使细线与长木板平行 接下来还需要进行的一项操作是 a 将长木板水平放置 让小车连着已经穿过打点计时器的纸带 给打点计时器通电 调节m的大小 使小车在沙和沙桶的牵引下运动 从打出的纸带判断小车是否做匀速运动b 将长木板的一端垫起适当的高度 让小车连着已经穿过打点计时器的纸带 撤去沙和沙桶 给打点计时器通电 轻推小车 从打出的纸带判断小车是否做匀速运动 c 将长木板的一端垫起适当的高度 撤去纸带以及沙和沙桶 轻推小车 观察判断小车是否做匀速运动 2 实验中要进行质量m和m的选取 以下最合理的一组是 a m 200g m 10g 15g 20g 25g 30g 40gb m 200g m 20g 40g 60g 80g 100g 120gc m 400g m 10g 15g 20g 25g 30g 40gd m 400g m 20g 40g 60g 80g 100g 120g 3 图乙是实验中得到的一条纸带 a b c d e f g为7个相邻的计数点 相邻的两个计数点之间还有4个点未画出 量出相邻的计数点之间的距离分别为 sab 4 22cm sbc 4 65cm scd 5 08cm sde 5 49cm sef 5 91cm sfg 6 34cm 已知打点计时器的工作频率为50hz 则小车的加速度a m s2 结果保留2位有效数字 解析 1 要使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力 应将长木板远离定滑轮的一端垫起 使小车所受重力沿木板向下的分力与小车及纸带所受摩擦力平衡 即选项b正确 2 要将沙和沙桶的总重力的大小作为细线对小车拉力的大小 必须使m m 故只有选项c符合这个要求 3 小车的加速度为 其中t 0 1s 代入数据得 a 0 42m s2 答案 1 b 2 c 3 0 42 实验数据处理和误差分析 例2 2013 佛山模拟 甲 乙两位同学共同做 验证牛顿第二定律 的实验 装置如图所示 1 两位同学用砝码盘 连同砝码 的重力作为小车受到的合力 需要平衡桌面的摩擦力对小车运动的影响 将长木板的一端适当垫高 在不挂砝码盘的情况下 轻推小车 能使小车做 运动 另外 还应满足砝码盘 连同砝码 的质量m 选填 远小于 远大于 或 近似等于 小车的质量m 接下来 甲同学在保持小车质量不变的条件下 研究加速度与合力的关系 乙同学在保持合力不变的条件下 研究小车的加速度与质量的关系 2 甲同学通过对小车所牵引纸带的测量 就能得出小车的加速度a 图中是某次实验所打出的一条纸带 在纸带上标出了5个计数点 在相邻的两个计数点之间还有4个点未标出 图中数据的单位是cm 实验中使用的电源是频率f 50hz的交变电流 根据以上数据 可以算出小车的加速度a m s2 结果保留三位有效数字 解