高考物理复习 高效学习方略 实验4 验证牛顿运动定律课件.ppt

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 用天平测出小车和小盘的质量m和m0 把数据记录下来 2 安装仪器 按图所示把实验器材安装好 只是先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 反复移动长木板的位置 直至小车拖着穿过打点计时器的纸带在斜面上自由运动时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力恰好与小车所受的重力在斜面方向上的分力平衡 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 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 一 表 二 五 数据处理 实验结论1 分析纸带 在每条纸带上都选取一段比较理想的部分 按 研究匀变速直线运动 实验中的方法算出每条纸带的加速度 2 画图象 用纵坐标表示加速度a 横坐标表示力f 根据表一内数据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 六 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 即不要给小车施加任何牵引力 让小车只拖着打点的纸带运动 2 整个实验过程中平衡了摩擦力以后 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的大小才可视为小车受到的拉力的大小 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 作图象时 要使尽可能多的点落在所作直线上 不在直线上的点应尽可能对称分布在所作直线两侧 6 作图时两轴标度比例要选择适当 各量须采用国际单位 这样作图时坐标点间距不至于过密 误差会小些 7 为了提高测量精度 1 应舍掉纸带上开头比较密集的点 选择后面便于测量的纸带使用 2 可以把每打5次点的时间作为时间单位 即从开始点起 每5个点标出一个计数点 即相邻计数点间的时间间隔为t 0 1s 8 调整定滑轮的高度 保证细绳与长木板平行 七 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 小盘和砝码的总质量越接近小车的质量 误差就越大 反之 小盘和砝码的总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 除了不挂小盘外 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 要点一实验原理 实验器材 例1 2011 浙江理综 在 探究加速度与力 质量的关系 实验时 已提供了小车 一端附有定滑轮的长木板 纸带 带小盘的细线 刻度尺 天平 导线 为了完成实验 还须从下图中选取实验器材 其名称是 漏选或错选得零分 并分别写出所选器材的作用 解析根据实验原理f ma 必须要用打出的纸带来求a 这就需要学生电源和打点计时器 需要测量和改变小车的质量 就要用砝码和钩码 要改变小车受到拉力的大小 需用钩码 答案 学生电源 电磁打点计时器 钩码 砝码 或电火花计时器 钩码 砝码 学生电源为电磁打点计时器提供交流电源 电磁打点计时器 电火花计时器 记录小车运动的位置和时间 钩码用以改变小车的质量 砝码用以改变小车受到拉力的大小 还可用于测量小车质量 要点二实验原理数据处理 例2 2012 佛山模拟 某研究性学习小组欲探究光滑斜面上物体下滑的加速度与物体质量及斜面倾角是否有关系 实验室提供如下器材 a 表面光滑的长木板 长度为l b 小车 c 质量为m的钩码若干个 d 方木块 备用于垫木板 e 米尺 f 秒表 1 实验过程 第一步 在保持斜面倾角不变时 探究加速度与质量的关系 实验中 通过向小车放入钩码来改变物体的质量 只要测出小车由斜面顶端滑至底端所用的时间t 就可以由公式a 求出a 某同学记录了数据如下表所示 某同学记录了高度h和加速度a的对应值如下表 请先在如图所示的坐标纸上建立适当的坐标轴后描点作图 然后根据所作的图线求出当地的重力加速度g 进一步分析可知 光滑斜面上物体下滑的加速度与倾角的关系式为 2 该探究小组所采用的探究方法是 由mgsin ma可得 a gsin 故图线a sin 的斜率即为当地的重力加速度 由图可知 g k 9 80m s2 2 该探究小组采用的探究方法是控制变量法 1 2012 聊城模拟 关于验证牛顿运动定律的实验 下列说法中符合实验要求的是 a 通过同时改变小车的质量m及受到的拉力f的研究 能归纳出加速度 力 质量三者之间的关系b 通过保持小车质量不变 只改变小车的拉力的研究 就可以归纳出加速度 力 质量三者之间的关系 c 通过保持小车受力不变 只改变小车质量的研究 就可以得出加速度 力 质量三者之间的关系d 先不改变小车质量 研究加速度与力的关系 再不改变力 研究加速度与质量的关系 最后归纳出加速度 力 质量三者之间的关系解析d由于实验中有三个物理量同时变化 在研究过程中采用控制变量法 通过对保持小车质量不变 只改变小车的拉力的研究 可以归纳出加速度 力二者的关系 再通过对保持小车拉力不变 只改变小车质量的研究 可以得出加速度 质量二者之间的关系 2 2012 台州模拟 如图所示 在探究牛顿运动定律的演示实验中 若1 2两个相同的小车所受拉力分别为f1 f2 车中所放砝码的质量分别为m1 m2 打开夹子后经过相同的时间两车的位移分别为x1 x2 则在实验误差允许的范围内 有 a 当m1 m2 f1 2f2时 x1 2x2b 当m1 m2 f1 2f2时 x2 2x1c 当m1 2m2 f1 f2时 x1 2x2d 当m1 2m2 f1 f2时 x2 2x1 3 2011 衡阳调研 如图所示 是某次利用气垫导轨探究加速度与力 质量关系的实验装置安装完毕后的示意图 图中a为砂桶和砂 b为定滑轮 c为滑块及上面添加的砝码 d为纸带 e为电火花计时器 f为蓄电池 电压为6v g是开关 请指出图中的三处错误 1 2 3 答案 1 b接滑块的细线应水平 或与导轨平行 2 c滑块离计时器太远 3 e电火花计时器用的是220v的交流电 不能接直流电 4 2010 山东理综 某同学设计了如图所示的装置来探究加速度与力的关系 弹簧测力计固定在一合适的木板上 桌面的右边缘固定一支表面光滑的铅笔以代替定滑轮 细绳的两端分别与弹簧测力计的挂钩和矿泉水瓶连接 在桌面上画出两条平行线mn pq 并测出间距d 开始时将木板置于mn处 现缓慢向瓶中加水 直到木板刚刚开始运动为止 记下弹簧测力计的示数f0 以此表示滑动摩擦力的大小 再将木板放回原处并按住 继续向瓶中加水后 记下弹簧测力计的示数f1 然后释放木板 并用秒表记下木板运动到pq处的时间t 1 木板的加速度可以用d t表示为a 为了减小测量加速度的偶然误差可以采用的方法是 一种即可 2 改变瓶中水的质量重复实验 确定加速度a与弹簧测力计示数f1的关系 下列图象能表示该同学实验结果的是 3 用加水的方法改变拉力的大小与挂钩码的方法相比 它的优点是 a 可以改变滑动摩擦力的大小b 可以更方便地获取多组实验数据c 可以比较精确地测出摩擦力的大小d 可以获得更大的加速度以提高实验精度 3 由于水的质量可以几乎连续变化 所以可以比较精确地测出摩擦力的大小 可以方便地获取多组实验数据 所以选项b c正确 5 2010 阳江模拟 为了探究加速度与力的关系 使用如图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