高考物理一轮复习 3.4实验：验证牛顿第二定律课件.ppt

第四讲实验 验证牛顿第二定律 回扣教材夯实基础落实考点 基础自主温故 一 实验目的1 学会用研究物理规律 2 验证牛顿第二定律 3 掌握用图象处理数据的方法 控制变量法 二 实验原理与方法1 验证牛顿运动定律的实验依据是牛顿运动定律 即 当研究对象有两个以上的参量发生变化时 设法控制某些参量使之不变 而研究另外两个参量之间的变化关系的方法叫 本实验中有力f 质量m和加速度a三个变量 研究加速度a与f及m的关系时 先控制不变 讨论加速度a与力f的关系 然后再控制力f不变 讨论加速度a与质量m的关系 f ma 控制变量法 质量m 2 实验中需要测量的物理量和测量方法是 小车及砝码的总质量m 用测出 小车受到的拉力f认为等于的总重力mg 小车的加速度a利用纸带根据计算 三 实验器材 纸带 复写纸片 小车 一端附有定滑轮的长木板 重物 夹子 细绳 导线 天平 带有一套砝码 砝码 天平 托盘和砝码 x at2 打点计时器 低压交流电源 刻度尺 四 实验步骤 如图所示 1 用天平测量小盘的质量m0和小车的质量m0 2 把一端附有定滑轮的长木板放在实验台上 并使滑轮探出桌面 把打点计时器固定在长木板上远离滑轮的一端 连接好电路 3 平衡摩擦力 小车的尾部挂上纸带 纸带穿过打点计时器的限位孔 将木板无滑轮的一端稍微垫高一些 使小车在不挂小盘和砝码的情况下 能沿木板做匀速直线运动 这样小车所受重力沿木板的分力与小车所受摩擦力平衡 在保证小盘和砝码的质量远小于小车质量的条件下 可以近似认为小盘和砝码的总重力大小等于小车所受的合外力的大小 4 把小车停在打点计时器处 挂上小盘和砝码 先接通电源 再让小车拖着纸带在木板上匀加速下滑 打出一条纸带 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 保持小盘内的砝码个数不变 在小车上放上砝码改变小车的质量 让小车在木板上滑动打出纸带 计算砝码和小车的总质量m 并由纸带计算出小车对应的加速度 7 改变小车上砝码的个数 重复步骤6 并将所对应的质量和加速度填入表 二 中 表 二 五 数据处理1 把小车在不同力作用下产生的加速度填在下表中 由以上数据画出它的a f关系图象如图所示 通过a f关系图象 我们可以得出小车的加速度a与力f成正比 2 把不同质量的小车在相同力作用下产生的加速度填在下表中 考点深析拓展延伸详讲精练 考点探究讲练 一 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 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 3 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 4 作图象时 要使尽可能多的点在所作直线上 不在直线上的点应尽可能均匀分布在所作直线两侧 5 作图时两轴标度比例要选择适当 各量应采用国际单位 这样作图线时 坐标点间距不至于过密 误差会小些 6 为提高测量精度 1 应舍掉纸带上开头比较密集的点 在后边便于测量的地方找一个起点 2 可以把每打五次点的时间作为时间单位 即从开始点起 每五个点标出一个计数点 而相邻计数点间的时间间隔为t 0 1s 二 误差分析 三 实验改进本实验中可以用气垫导轨来代替长木板这样就省去了平衡小车摩擦力的过程 小车的加速度也可以利用传感器 借助计算机来处理数据 2013年天津卷 某实验小组利用图示的装置探究加速度与力 质量的关系 例1 1 下列做法正确的是 填字母代号 a 调节滑轮的高度 使牵引木块的细绳与长木板保持平行b 在调节木板倾斜度平衡木块受到的滑动摩擦力时 将装有砝码的砝码桶通过定滑轮拴木块上c 实验时 先放开木块再接通打点计时器的电源d 通过增减木块上的砝码改变质量时 不需要重新调节木板倾斜度 2 为使砝码桶及桶内砝码的总重力在数值上近似等于木块运动时受到的拉力 应满足的条件是砝码桶及桶内砝码的总质量 木块和木块上砝码的总质量 填 远大于 远小于 或 近似于 3 甲 乙两同学在同一实验室 各取一套图示的装置放在水平桌面上 木块上均不放砝码 在没有平衡摩擦力的情况下 研究加速度a与拉力f的关系 分别得到图中甲 乙两条直线 设甲 乙用的木块质量分别为m甲 m乙甲 乙用的木块与木板间的动摩擦因数分别为 甲 乙 由图可知 m甲 m乙 甲 乙 填 大于 小于 或 等于 思路指导 物体的加速度与物体受到的合外力 物体的质量有关 本实验采用控制变量法 分别讨论加速度与力 质量的关系 在探究加速度与力的关系时 首先要平衡摩擦力 而且使砝码桶和砝码的总质量远小于木块和木块砝码的总质量 在a f图象中 根据图线与横轴 纵轴的交点 来判断两木块质量以及木块和木板间的摩擦因数的大小关系 解析 1 在实验中要保持绳与木板平行 选项a正确 平衡摩擦力时不能将装有砝码的砝码桶通过绳绕过滑轮拴在木块上 必须让木块在不受拉力的情况下沿木板做匀速运动 这时木板斜度合适 故选项b错误 实验时应先接通电源再释放木块 选项c错误 平衡摩擦力后 改变木块上的砝码质量后不再需要重新平衡摩擦力 故选项d正确 答案 1 ad 2 远小于 3 小于大于 如图所示为 探究加速度与物体受力和质量的关系 实验装置图 图中a为小车 b为装有砝码的托盘 c为一端带有定滑轮的长木板 小车通过纸带与电火花打点计时器相连 计时器接50hz交流电 小车的质量为m1 托盘 及砝码 的质量为m2 变式训练1 1 下列说法中正确的是 a 每次改变小车质量时 应重新平衡摩擦力b 实验时应先释放小车后接通电源c 本实验m2应远大于m1 2 实验时 某同学由于疏忽 遗漏了平衡摩擦力这一步骤 他测量得到的a f图象如图所示 可能是图中的图线 选填 甲 乙 丙 2 由于没有平衡摩擦力 牵引力大于摩擦力才会有加速度 所以可能是图中的图线丙 答案 1 d 2 丙 2014年全国卷 某同学利用图 a 所示实验装置及数字化信息系统获得了小车加速度a与钩码的质量m的对应关系图 如图 b 所示 实验中小车 含发射器 的质量为200g 实验时选择了不可伸长的轻质细绳和轻定滑轮 小车的加速度由位移传感器及与之相连的计算机得到 回答下列问题 例2 1 根据该同学的结果 小车的加速度与钩码的质量成 填 线性 或 非线性 关系 2 由图 b 可知 a m图线不经过原点 可能的原因是 3 若利用本实验装置来验证 在小车质量不变的情况下 小车的加速度与作用力成正比 的结论 并直接以钩码所受重力mg作为小车受到的合外力 则实验中应采取的改进措施是 钩码的质量应满足的条件是 思路指导 由a m图象中的点用平滑的曲线将各点相连 得到连线并非线性关系 图线不过原点 即表明小车受到钩码的拉力作用 但小车的加速度为零 小车受到的合外力为零 说明小车还受到摩擦力作用 通过改进实验平衡摩擦力 使钩码的质量远小于小车 含发射器 的质量 可做到小车的加速度与作用力成正比 解析 1 由图 b 将各数据点用平滑的曲线相连 可知小车的加速度与钩码的质量成非线性关系 2 图线不过原点 说明在钩码拉力作用下小车的加速度为零 说明未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足造成的 3 保证钩码对小车的拉力即为小车的合外力 这就要求必须平衡摩擦力 若近似让钩码的重力等于对小车的拉力 小车的质量 含发射器 远大于钩码的质量 答案 1 非线性 2 存在摩擦力 3 调节轨道的倾斜角度以平衡摩擦力远小于小车的质量 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 变式训练2 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 解析 1 由题意可知计数间隔t 5t0 0 1s 由 x at2和 x 0 16cm 1 6 10 3m 可得a 0 16m s2 2 a f图线如图所示 3 平衡小车与桌面之间的摩擦力 a f图象仍不通过原点 可能是在计算f时忘记加上砝码盘的重力 使作出的图象向左平移造成的 答案 1 0 16 2 见解析 3 忘记加入砝码盘的重力 某同学设计了如图 甲 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 例3 1 为测量滑块的加速度a 须测出它在a b间运动的 与 计算a的运动学公式是 2 根据牛顿运动定律得到a与m的关系为 他想通过多次改变m 测出相应的a值 并利用上式来计算 若要求a是m的一次函数 必须使上式中的 保持不变 实验中应将从托盘中取出的砝码置于 3 实验得到a与m的关系如图 乙 所示 由此可知 取两位有效数字 滑块上砝码质量m 及盘中砝码质量m三者之和不变 所以改变m时 而不改变三者总质量 由于滑块质量m为定值 即m m 为定值 从托盘中取出的砝码放在滑块上 在a m图象中通过图线上点的坐标值代入表达式可求得 2013年新课标全国卷 图 a 为测量物体与水平桌面之间动摩擦因数的实验装置示意图 实验步骤如下 用天平测量物块和遮光片的总质量m 重物的质量m 用游标卡尺测量遮光片的宽度d 用米尺测量两光电门之间的距离s 调整轻滑