高考物理总复习（抓纲扣本+剖题探法+达标训练）专题精讲 实验四 验证牛顿运动定律课件.ppt

实验四验证牛顿运动定律 实验目的 1 学会用控制变量法研究物理规律 2 探究加速度与力 质量的关系 3 掌握利用图象处理数据的方法 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 抓纲扣本 落实基础 实验器材 打点计时器 纸带及复写纸 小车 一端附有定滑轮的长木板 小盘和砝码 细绳 低压交流电源 导线 天平 刻度尺 实验步骤 1 用天平测量小盘的质量m0和小车的质量m0 2 按图实 1所示把实验器材安装好 只是不把悬挂小盘的细绳系在小车上 即不给小车加牵引力 3 平衡摩擦力 在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木板 反复移动薄木板的位置 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 4 把细绳系在小车上并绕过滑轮悬挂小盘 把小车停在打点计时器处 并在小盘内放入适量的砝码 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 计算小盘和砝码的重力 即为小车所受的合外力 由纸带计算出小车的加速度 并把力和对应的加速度填入表 一 中 表 一 5 改变小盘内砝码的个数 重复步骤4 并多做几次 6 用纵坐标表示加速度a 横坐标表示作用力f 描点画a f图象 如果图象是一条过原点的直线 便证明加速度与作用力成正比 7 保持小盘内的砝码个数不变 在小车上放上适量的砝码 放手后 让小车运动打出纸带 计算砝码和小车总质量的倒数 并由纸带计算出小车对应的加速度 填入表 二 中 8 改变小车上砝码的个数 重复步骤7多次 误差分析 1 因实验原理不完善造成误差 本实验中用小盘和砝码的总重力代替小车受到的拉力 实际上小车受到的拉力要小于小盘和砝码的总重力 存在系统误差 2 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 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 3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 安徽理综 图实 2所示为 验证牛顿第二定律 的实验装置示意图 砂和砂桶的总质量为m 小车和砝码的总质量为m 实验中用砂和砂桶总重力的大小作为细线对小车拉力的大小 剖题探法 突破考点 考点一 实验操作及原理的理解 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 使小车在砂和砂桶的牵引下运动 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 撤去砂和砂桶 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 撤去纸带以及砂和砂桶 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 答案 1 b 2 c 例2 2013 福建六校联考 某同学设计了一个探究加速度a与物体所受合力f及质量m间关系的实验 图实 3所示为实验装置简图 a为小车 b为打点计时器 c为装有砂的砂桶 d为一端带有定滑轮的长方形木板 实验中认为细绳对小车的拉力f等于砂和砂桶的总重力 小车运动的加速度a可由纸带求得 考点二 实验数据的处理及误差分析 1 图实 4所示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四个点未画出 量出相邻的计数点之间的距离分别为 xab 4 22cm xbc 4 65cm xcd 5 08cm xde 5 49cm xef 5 91cm xfg 6 34cm 已知打点计时器的工作频率为50hz 则小车的加速度大小为a m s2 结果保留两位有效数字 2 保持砂和砂桶质量不变 改变小车质量m 得到的数据如下表所示 根据表中数据 为直观反映f不变时a与m的关系 请在图实 5所示的坐标纸中选择恰当物理量建立坐标系 填在方框内 并作出图象 3 保持小车质量不变 改变砂和砂桶质量 该同学根据实验数据作出了加速度a与合力f的图象如图实 6所示 该图象不通过原点 明显超出偶然误差范围 其主要原因是 试简要说明减小这一误差的方法 3 图象不过原点 在横轴上有截距 说明未平衡摩擦力 或平衡不够 减小这一误差的方法是在不挂砂和砂桶的情况下 垫高有打点计时器的木板的一端 使得给小车一初速度时 小车能匀速下滑 答案 1 0 42 2 见解析图 3 未平衡摩擦力 或平衡不够 在不挂砂和砂桶的情况下 垫高有打点计时器的木板的一端 使得给小车一初速度时 小车能够匀速下滑 特别提醒 本题考查验证牛顿第二定律的实验方法即控制变量法 减小误差的因素 数据处理等基本知识 要求同学们对实验的基本原理 基本步骤 数据处理 误差分析都要理解清楚 1 2013 广州模拟 某组同学设计了 探究加速度a与物体所受合力f及质量m的关系 实验 图实 7所示为实验装置简图 a为小车 b为电火花计时器 c为装有细砂的小桶 d为一端带有定滑轮的长方形木板 实验中认为细绳对小车的拉力f等于细砂和小桶的总重量 小车运动的加速度a可用纸带上打出的点求得 达标训练 技能过关 1 图实 8所示为某次实验得到的纸带 已知实验所用电源的频率为50hz 根据纸带可求出电火花计时器打b点时的速度大小为 m s 小车的加速度大小为 m s2 结果均保留两位有效数字 2 在 探究加速度a与质量m的关系 时 某同学按照自己的方案将实验数据在坐标系中进行了标注 但尚未完成图象 如图实 9所示 请继续帮助该同学作出坐标系中的图象 2 将坐标系中各点连成一条直线 连接时应使直线过尽可能多的点 不在直线上的点应大致对称地分布在直线的两侧 离直线较远的点应视为错误数据 不予考虑 连线如图所示 答案 1 1 63 2 2 见解析图 2 用如图实 10所示的实验装置来验证牛顿第二定律 1 为消除摩擦力的影响 实验前平衡摩擦力的具体操作为 取下 把木板不带滑轮的一端适当垫高并反复调节 直到轻推小车后 小车能沿木板做 运动 答案 1 细线和砂桶匀速直线 2 图见解析0 30n 0 28 0 32n均可 3 2013 江苏四市联考 如图实 12甲所示为 用dis 位移传感器 数据采集器 计算机 研究加速度和力 质量的关系 的实验装置 1 该实验应用的研究方法是 2 在小车总质量不变时 改变所挂钩码的数量 多次重复测量 可画出a f关系图线 如图实 12乙所示 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 3 若保持所挂钩码数量不变 改变小车质量 多次重复测量 可以研究加速度a与质量m的关系 则应该绘制什么关系图线 答 4 为了探究加速度与力的关系 使用如图实 13所示的气垫导轨装置进行实验 其中g1 g2为两个光电门 它们与数字计时器相连 当滑行器通过g1 g2光电门时 光束被遮挡的时间 t1 t2都可以被测量并记录 滑行器连同上面固定的一条形挡光片的总质量为m 挡光片宽度为d 光电门间距离为x 牵引砝码的质量为m 回答下列问题 1 实验开始应先调节气垫导轨下面的螺钉 使气垫导轨水平 在不增加其他仪器的情况下 如何判定调节是否到位 答 2 若取m 0 4kg 改变m的值 进行多次实验 以下m的取值不合适的一个是 a m1 5gb m2 15gc m3 40gd m4 400g 3 在此实验中 需要测得每一个牵引力对应的加速度 其中求得的加速度的表达式为 用 t1 t2 d x表示 5 2012 大纲全国 图实 14为验证牛顿第二定律的实验装置示意图 图中打点计时器的电源为50hz的交流电源 打点的时间间隔用 t表示 在小车质量未知的情况下 某同学设计了一种方法用来探究 在外力一定的条件下 物体的加速度与其质量间的关系 1 完成下列实验步骤中的填空 平衡小车所受的阻力 小吊盘中不放物块 调整木板右端的高度 用手轻拨小车 直到打点计时器打出一系列 的点 按住小车 在小吊盘中放入适当质量的物块 在小车中放入砝码 打开打点计时器电源 释放小车 获得带有点列的纸带 在纸带上标出小车中砝码的质量m 按住小车 改变小车中砝码的质量 重复步骤 在每条纸带上清晰的部分 每5个间隔标注一个计数点 测量相邻计数点的间距x1 x2 求出与不同m相对应的加速度a 2 完成下列填空 本实验中 为了保证