【红对勾】高考物理复习 实验4 验证牛顿第二定律课件.ppt

实验四验证牛顿第二定律 梳理知识突破难点 课前自主学习 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 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 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 夹子 细绳 低压交流电源 导线 天平 刻度尺 砝码 实验步骤1 用天平测量小盘的质量m0和小车的质量m0 2 把一端附有滑轮的长木板放在实验桌上 并使滑轮伸出桌面 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滑动摩擦力平衡 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 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 8 数据处理 1 用纵坐标表示加速度a 横坐标表示作用力f 作用力的大小f等于小盘和砝码的总重力 根据实验结果在坐标平面上画出相应的点 如果这些点是在一条过原点的直线上 便证明了加速度与作用力成正比 2 用纵坐标表示加速度a 横坐标表示小车和砝码总质量的倒数 根据实验结果在坐标平面上画出相应的点 如果这些点是在一条过原点的直线上 就证明了加速度与质量成反比 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 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 师生互动规律总结 课堂讲练互动 例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图2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 变式1 1做 验证牛顿第二定律 实验时 按实验要求安装好器材后 应按一定的步骤进行实验 下列给出供选择的操作步骤 a 保持小桶和砂的质量不变 在小车里加砝码 测出加速度 重复几次b 保持小车质量不变 改变小桶里砂子的质量 测出加速度 重复几次c 用天平测出小车和砂子的质量d 在长木板没有定滑轮的一端垫上厚度合适的垫木 平衡摩擦力 答案 fcdgabe 例2 如图3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 根据测量数据作出的a f图线没有过原点 图象交于a轴上一点 说明平衡摩擦力过度 答案 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 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5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 2 如图7所示 3 由上图可知 当砝码总重力为零时 小车已有加速度 考虑到本题已平衡摩擦力 故可以判断原因是未计入砝码盘的重力 答案 1 0 16 0 15也算对 2 见解析图 3 未计入砝码盘的重力 感悟真题检验技能 随堂巩固训练 1 如图8所示 在研究牛顿第二定律的演示实验中 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 答案 a 2 如图9所示是在验证牛顿第二定律实验中 根据实验数据描绘出的三条a f图象 下列说法中正确的是 a 三条倾斜直线所对应的小车和砝码的总质量相同b 三条倾斜直线所对应的小车和砝码的总质量不同c 直线1对应的小车和砝码的总质量最大d 直线3对应的小车和砝码的总质量最大 答案 bd 3 某同学在做加速度和力 质量的关系的实验中 测得小车的加速度a和拉力f的数据如下表所示 1 根据表中的数据在坐标图上作出a f图象 2 图象的斜率的物理意义是 3 图象 或延长线 与f轴的截距的物理意义是 4 小车和砝码的总质量为 kg 答案 1 a f图象如图11所示 2 小车和砝码的总质量的倒数 3 小车受到的阻力为0 1n 4 1 00 4 同学们在做 验证牛顿第二定律 的实验 1 甲同学为了使小车受到合外力等于小砂桶和砂的总重量 他采用如下两个措施 a 平衡摩擦力 将长木板无滑轮的一端下面垫一小木块 反复移动木块的位置 直到小车在小砂桶的拉动下带动纸带与小车一起做匀速直线运动 b 调整砂的多少 使砂和小砂桶的总质量m远小于小车和砝码的总质量m 请问 以上哪一个措施中有何重大错误 答 2 乙同学在实验中 他保持小车及砝码总质量m不变 反复改变砂的质量 并测得一系列数据 结果发现小车受到的合外力 小砂桶及砂的总重量 与加速度的比值略大于小车及砝码总质量m 经检查发现滑轮非常光滑 打点计时器工作正常 且事先基本上平衡了摩擦力 那么出现这种情况的主要原因是什么 答 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 改变瓶中水的质量重复实验 确定加速度a与弹簧秤示数f1的关系 下列图象能表示该同学实验结果的是 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 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