（安徽适用）高考物理一轮复习要点提示 第3讲 实验 验证牛顿第二定律课件.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 实验原理控制变量法 在所研究的问题中 有两个以上的参量在发生牵连变化时 可以控制某个或某些量不变 只研究其中两个量之间的变化关系的方法 这也是物理学中研究问题时经常采用的方法 本实验中 研究的参量为f m和a 可以控制参量m一定 研究f与a的关系 也可控制参量f一定 研究m与a的关系 三 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 夹子 细绳 低压交流电源 导线 天平 刻度尺 四 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且让小车靠近打点计时器 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 的砝码 再重复步骤4 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 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 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 不要把悬挂重物的细线系在小车上 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 不管以后是改变重物质量 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重物质量的条件下打出 只有如此 重物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 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 可以采取下列措施 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 每隔四个点标出一个计数点 而相邻计数点间的时间间隔为t 0 1秒 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相邻点的距离相等 八 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麻烦 小车的加速度也可以利用传感器 借助于计算机来处理 实验原理和实验误差的分析 例1 在验证牛顿第二定律的实验中 采用如图所示的实验装置 小车及车中砝码的质量用m表示 盘及盘中砝码的质量用m表示 小车的加速度可由小车后拖动的纸带由打点计时器打上的点计算出 1 当m与m的大小关系满足 时 才可以认为绳对小车的拉力大小等于盘及盘中砝码的重力 2 一同学在做加速度与质量的关系实验时 保持盘及盘中砝码的质量一定 改变小车及车中砝码的质量 测出相应的加速度 采用图象法处理数据 为了比较容易地确定出加速度a与质量m的关系 应该作a与 的图象 3 如图 a 所示为甲同学根据测量数据作出的a f图线 说明实验存在的问题是 4 乙 丙同学用同一装置做实验 画出了各自得到的a f图线如图 b 所示 两个同学做实验时的哪一个物理量取值不同 答案 1 m m 2 1 m 3 没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够 4 小车及车上的砝码的总质量不同 实验数据的处理 例2 2012年蚌埠模拟 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 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 例3 某同学设计了如图所示的装置来探究加速度与力的关系 弹簧秤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秤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 记下弹簧秤的示数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 记下弹簧秤的示数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与弹簧秤示数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