浙江省严州中学新安江校区高考物理 实验 验证牛顿运动定律复习课件.ppt

2014高三物理新课标 严州中学新校区 9 5 11实验 验证牛顿运动定律 误差分析1 质量的测量误差 纸带上位移测量误差 拉线或纸带不与木板平行等都会造成误差 2 因实验原理不完善引起的误差本实验用小盘和砝码的总重力mg代替小车的拉力 而实际上小车所受的拉力要小于小盘和砝码的总重力 3 摩擦力平衡不准确 质量测量不准确 计数点间距测量不准确 纸带和细绳不严格与木板平行都会引起误差 注意事项1 实验方法 控制变量法 2 平衡摩擦力 在平衡摩擦力时 不要悬挂小盘 但小车应连着纸带且接通电源 用手给小车一个初速度 如果在纸带上打出的点的间隔是均匀的 表明小车受到的阻力跟它的重力沿斜面向下的分力平衡 3 不重复平衡摩擦力 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 4 实验条件 m m 只有如此 小盘和砝码的总重力才可视为小车受到的拉力 5 一先一后一按 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 后放开小车 且应在小车到达滑轮前按住小车 6 作图 作图时两轴标度比例要适当 各量须采用国际单位 这样作图线时 坐标点间距不至于过密 误差会小些 注意事项 例1 在 验证牛顿第二定律 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 表二 1 由表一 表二数据用描点法作出a f图象 a 图象 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 3 物体的质量m为多少 产生加速度的力为多大 1 建立坐标系 确定标度 描点画出 得出a f图象和a 图象分别如图甲 乙所示 2 正比关系反比关系 3 0 50kg4 02n 例2 某学习小组的同学在用打点计时器探究物体的加速度与物体的质量之间的关系实验中 不改变拉力 只改变物体的质量 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 但对应该组已打出了纸带 如图所示 长度单位 cm 图中各点为每打5个点选出的计数点 两计数点间还有4个打点未标出 1 由纸带上的数据 计算出缺少的加速度值并填入表中 小数点后保留两位数 2 建立合适的坐标系 如图 将表中各组数据用小黑点描在坐标纸上 并作出平滑的图线 3 由图象得出的结论是 1 a的计算利用逐差法 2 描点绘图 如图所示 3 在拉力一定时 物体的加速度与质量成反比 与质量的倒数成正比 例3 探究加速度与物体质量 物体受力的关系 的实验装置如图甲所示 1 在平衡小车与桌面之间摩擦力的过程中 打出了一条纸带如图乙所示 计时器打点的时间间隔为0 02s 从比较清晰的点起 每5个点取一个计数点 量出相邻计数点之间的距离 该小车的加速度a m s2 结果保留两位有效数字 2 平衡摩擦力后 将5个相同的砝码都放在小车上 挂上砝码盘 然后每次从小车上取一个砝码添加到砝码盘中 测量小车的加速度 小车的加速度a与砝码盘中砝码总重力f的实验数据如下表 请根据实验数据作出a f的关系图象 3 根据提供的实验数据作出的a f图线不通过原点 请说明主要原因 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 0 2 0 4 0 6 0 8 1 0 1 2 未计入砝码盘的重力 1 在利用打点计时器和小车来做 验证牛顿运动定律 的实验时 下列说法中正确的是 a 平衡摩擦力时 应将砝码盘及盘内砝码通过定滑轮拴在小车上b 连接砝码盘和小车的细绳应跟长木板保持平行c 平衡摩擦力后 长木板的位置不能移动d 小车释放前应靠近打点计时器 且应先接通电源再释放小车 bcd 在 验证牛顿第二定律 的实验中 在研究加速度a与小车的质量m的关系时 由于没有注意始终满足m m的条件 结果得到的图象应是下图中的 d 在验证牛顿第二定律实验中 实验可以利用沙与沙桶替代砝码及砝码盘 下图即为某同学安装的实验装置图 在如图所示状态下 开始做实验 该同学在装置和操作中的主要错误是 长木板右端未垫高以平衡摩擦力 电源应改用10v以下交流电源 牵引小车的细线与木板不平行 开始实验时 小车离打点计时器太远 在探究加速度a与物体受力f之间关系的实验中 小车的质量m和砝码的质量m分别选用下列四组值 1 m 500g m分别为50g 70g 100g 125g 2 m 500g m分别为20g 30g 40g 50g 3 m 200g m分别为50g 70g 100g 125g 4 m 200g m分别为20g 30g 40g 50g若其他操作都正确 那么在选用 组测量时所作出的图线较准确 而选这组值作a f图象时 其中m为 坐标 2 横 6 如图 a 为实验中用打点计时器打出的一条较理想的纸带 纸带上a b c d e f g为七个相邻的计数点 相邻计数点间的时间间隔是0 1s 距离如图所示 单位是cm 小车的加速度是 m s2 在验证质量一定时加速度a和合外力f的关系时 某学生根据实验数据作出了如图所示的a f图象 其原因是 1 60 平衡摩擦力过度 如图所示为某同学为探究加速度与力和质量关系的实验装置 两个相同质量的小车放在光滑水平板上 前端各系一条细绳 绳的一端跨过定滑轮各挂一个小盘 盘中可放砝码 两小车后端各系一条细绳 一起被夹子夹着而使小车静止 打开夹子 两小车同时开始运动 关上夹子 两小车同时停下来 用刻度尺测出两小车的位移 下表是几次实验记录的数据 请回答下述问题 1 在每一次实验中甲 乙两车的位移之比等于 请简要说明实验原理 从表中数据可以看出 2 第一次实验是控制了 不变的 得出结论是 加速度之比 两车都从静止开始加速 且运动时间相同 小车的质量 小车的加速度与合外力成正比 3 第二次实验是控制了 不变的 在实验误差范围内可得出结论是 4 第三次实验时 该同学先测量了甲车的位移 再根据前两次实验结论 他计算出乙车应该发生的位移 然后再测量了乙车的位移 结果他高兴地发现 理论的预言与实际符合得相当好 请问 他计算出的乙车位移应该是 小车的合外力 小车的加速度与小车的质量成反比 30cm 3 62cm 实验后根据实验数据作出了a f关系图线如图甲 乙所示 a 关系图线如图丙所示 请分析其原因各是什么 甲图 当加一定的拉力后 还没产生加速度 说明有较大的摩擦力影响 说明还没有平衡摩擦力 图乙 没加拉力就产生了加速度 说明导轨有定滑轮的一端低 另一端高 导轨与水平面的夹角太大 例1 如图所示为 用dis 位移传感器 数据采集器 计算机 研究加速度和力的关系 的实验装置 1 在该实验中必须采用控制变量法 应保持 不变 用钩码所受的重力作为 用dis测小车的加速度 2 改变所挂钩码的数量 多次重复测量 在某次实验中根据测得的多组数据可画出a f关系图线如图所示 分析此图线的oa段可得出的实验结论是 此图线的ab段明显偏离直线 造成此误差的主要原因是 a 小车与轨道之间存在摩擦b 导轨保持了水平状态c 所挂钩码的总质量太大d 所用小车的质量太大 小车的质量 小车所受外力 在质量不变的条件下 加速度与合外力成正比 c 点评 本题主要围绕本实验的基本原理命题 主要涉及控制变量法的理解和应用 实验误差分析等 控制变量法主要应用于研究变量较多 三个以上 时的定量分析 最后将两两得到的定量关系综合到一起即是所研究的规律 在本实验中 为了抵消摩擦力 通常将长木板的末端抬高 此时绳的拉力即是小车受到的合外力 则a f图象将是过原点的直线 若没有做好平衡摩擦力的工作 则a f图象将不过原点 变式题 如图所示为 验证牛顿运动定律 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原因的四种解释 其中可能正确的是 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低了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 c 例2 某同学设计了如图所示的装置 利用米尺 秒表 轻绳 轻滑轮 轨道 滑块 托盘和砝码等器材来测定滑块和轨道间的动摩擦因数 滑块和托盘上分别放有若干砝码 滑块质量为m 滑块上砝码总质量为m 托盘和盘中砝码的总质量为m 实验中 滑块在水平轨道上从a到b做初速为零的匀加速直线运动 重力加速度g取10m s2 位移x 时间t m m 滑块上 3 实验得到a与m的关系如图所示 由此可知 取两位有效数字 0 23 0 21 0 25 变式题 用水平力拉动物体在水平面上做加速直线运动 当改变拉力的大小时 物体运动的加速度也随之变化 a和f的关系如图所示 g取10m s2 1 根据图线所给的信息 求物体的质量及物体与水平面间的动摩擦因数 2 若改用质量是原来2倍的同种材料的物体 请在图的坐标系上画出这种情况下的a f图线 要求写出作图的根据 1 0 50kg0 20 2 如图所示 例3 如图所示 质量为m的滑块a放在气垫导轨b上 c为位移传感器 它能将滑块a到传感器c的距离数据实时传送到计算机上 经计算机处理后在屏幕上显示滑块a的位移 时间 x t 图象和速率 时间 v t 图象 整个装置置于高度可调节的斜面上 斜面的长度为l 高度为h 取重力加速度g 9 8m s2 结果可保留一位有效数字 1 现给滑块a一沿气垫导轨向上的初速度 a的v t图线如图所示 从图线可得滑块a 下滑时的加速度a m s2 摩擦力对滑块a运动的影响 选填 明显 不可忽略 或 不明显 可忽略 6 0 不明显 可忽略 2 此装置还可用来验证牛顿第二定律 实验时 通过改变 可验证质量一定时 加速度与力成正比的关系 通过改变 可验证力一定时 加速度与质量成反比的关系 斜面高度h a的质量m及斜面的高度h 且使mh保持不变 本实验的创新体现在两点上 其一 用气垫导轨替换长木板 其二 直接用位移传感器和计算机处理实验数据 通过这两点改进可以有效提高实验的准确度 减小实验误差 考查实验器材的选取