高考物理一轮复习 实验四 验证牛顿运动定律专题精讲课件.ppt

核心考点导学 了解 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 理解 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 再控制砝码和小盘的质量不变 即力f不变 改变小车质量m 讨论加速度a与m的关系 知道 实验器材 打点计时器 纸带 复写纸片 小车 一端附有定滑轮的长木板 小盘 砝码 夹子 细绳 低压交流电源 导线 天平 带有一套砝码 刻度尺 熟习 实验步骤 1 用天平测出小车和小盘的质量m和m 把数值记录下来 2 按照如图所示装置把实验器材安装好 只是不把悬挂小盘的细线系在小车上 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块 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运动状态 这时小车拖着纸带运动时受到的摩擦力恰好与小车所受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 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 打点完成后切断电源 取下纸带 在纸带上标上纸带号码 5 保持小车及车内砝码的质量不变 在小盘内放入质量为m 的砝码 重复步骤4 在小盘内分别放入质量为m m 的砝码 再重复步骤4 m m m 的数值都要记录在纸带上 或表格内 6 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 7 用纵坐标表示加速度 横坐标表示力 根据实验结果在坐标平面上画出相应的点 若这些点在一条直线上 便证明了加速度与作用力成正比 8 保持砝码和小盘的质量不变 在小车上依次加砝码 也需作好记录 重复上述步骤 用纵坐标表示加速度a 横坐标表示小车砝码总质量的倒数 在坐标平面上根据实验结果画出相应的点 如果这些点是在一条直线上 就证明加速度与质量成反比 警惕 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 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 每条纸带必须满足在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 5 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对称分布在所作直线两侧 远离的点直接舍去 6 作图时两轴标度比例要选择适当 各物理量须采用国际单位 这样作图线时 坐标点间距不至于过密 误差会小些 7 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 谨慎 数据处理 利用图象处理数据是一种常用的重要方法 将实验中得到的数据通过描点作出图象 可以非常直观地看出两个物理量之间的关系 也可以有效地减小实验误差 确定并排除实验中测得的一些错误数据 在探究加速度与力的关系的实验中 以加速度a为纵坐标 力f为横坐标 根据各组数据在坐标系中描点 如果这些点在一条过原点的直线上 说明a与f成正比 细辨 误差分析 1 质量的测量误差 纸带上打点计时器打点间隔距离的测量误差 拉线或纸带不与木板平行等都会造成误差 2 因实验原理不完善造成误差 本实验中用重物的重力代替小车受到的拉力 实际上小车受到的拉力要小于重物的重力 存在系统误差 重物质量越接近小车的质量 误差就越大 反之 重物质量越小于小车的质量 误差就越小 3 平衡摩擦力不准造成误差 在平衡摩擦力时 除了不挂重物外 其他的都跟正式实验一样 比如要挂好纸带 接通打点计时器 匀速运动的标志是打点计时器打出的纸带上各点的距离相等 考向案例研究 例1 2012 安徽理综 21 图1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 图1 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 3 图2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 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 结果保留两位有效数字 图2 一 名师分析解题 1 需要将长木板一端适当垫起一定高度 以平衡摩擦力 完成此项工作的标志就是不挂砂桶条件下小车能带动纸带匀速运动 通过打点计时器点痕间隔是否均匀判定 二 调用所学解题 1 b 2 c 3 0 42 三 同类提升演练1 在做 验证牛顿第二运动定律 的实验时 某学生将实验装置如下图安装 准备接通电源后开始做实验 但他的装置图中有几个明显的错误 请写出两个 1 2 解析 实验中打点计时器不能用直流电源 没有平衡摩擦力 小车没有靠近打点计时器 答案 1 不能用直流电源 2 没有平衡摩擦力 题后反思 本题主要考查实验操作及注意事项 只要对这些有一定的了解 解决此类问题较容易 例2如图甲所示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 距离如图甲所示 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乙所示的a f图象 其原因是 二 调用所学解题1 6平衡摩擦力过度 题后反思 a的计算用公式 x at2 通过计算平均值确定a的大小 平均值的求解用逐差法计算较为精确 a f图象的形状为不过原点的直线 表明平衡摩擦力的操作存在问题 三 同类提升演练2 2010 江苏卷 11 为了探究受到空气阻力时 物体运动速度随时间的变化规律 某同学采用了 加速度与物体质量 物体受力关系 的实验装置 如图所示 实验时 平衡小车与木板之间的摩擦力后 在小车上安装一薄板 以增大空气对小车运动的阻力 1 往砝码盘中加入一小砝码 在释放小车 选填 之前 或 之后 接通打点计时器的电源 在纸带上打出一系列的点 2 从纸带上选取若干计数点进行测量 得出各计数点的时间t与速度v的数据如下表 请根据实验数据作出小车的v t图象 3 通过对实验结果的分析 该同学认为 随着运动速度的增加 小车所受的空气阻力将变大 你是否同意他的观点 请根据v t图象简要阐述理由 解析 应先接通打点计时器的电源 再释放纸带 否则纸带前端甚至整条纸带不能准确记录数据点 v t图象如图所示 在v t图象中 速度越大时 加速度越小 小车受到的合力越小 则小车受空气阻力越大 答案 1 之前 2 见解析 3 同意 在v t图象中 速度越大时 加速度越小 小车受到的合力越小 则小车受空气阻力越大 例3 2011 重庆理综 22 2 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 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 三 同类提升演练3 象打点计时器一样 光电计时器也是一种研究物体运动情况的常用计时仪器 其结构如图 甲 所示 a b分别是光电门的激光发射和接收装置 当有物体从a b间通过时 光电计时器就可以显示物体的挡光时间 现利用如图 乙 所示装置测量滑块和长1m左右的木板间的动摩擦因数 图中mn是水平桌面 q是木板与桌面的接触点 1和2是固定在木板上适当位置的两个光电门 与之连接的两个光电计时器没有画出 此外在木板顶端的p点还悬挂着一个铅锤 让滑块从木板的顶端滑下 光电门1 2各自连接的计时器显示的挡光时间分别为5 0