高考物理一轮复习 3.4实验：验证牛顿第二定律同步课件.ppt

第4讲实验 验证牛顿第二定律 一 实验目的1 学会用控制变量法研究物理规律 2 探究加速度与力 质量的关系 3 掌握灵活运用图象处理问题的方法 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a与f的关系 也可控制参量f一定 研究a与m的关系 三 实验器材电磁打点计时器 复写纸片和纸带 一端有定滑轮的长木板 小车 小盘 低压交流电源 天平 砝码 刻度尺 导线 四 实验操作1 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 按照如图实 4 1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 反复移动薄木块的位置 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 在打点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 横坐标表示小车与砝码的总质量的倒数 在坐标平面上根据实验结果画出相应的点 如果这些点在一条直线上 就证明加速度与质量成反比 2 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关系图象如图实 4 2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 图实 4 2 2 把不同质量 小车与车内砝码的总质量 的小车在相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 m图象及a 图象 如图实 4 3甲 乙所示 图实 4 3 通过a m和a 关系图象 我们可以得出小车的加速度a与质量m成反比 与质量的倒数成正比 五 注意事项1 在实验中 小车所受的摩擦力是造成系统误差的一个重要因素 减小这种误差的方法是在长木板的一端垫上小木块 使其适当倾斜 利用小车重力沿斜面方向的分力平衡摩擦力 2 判断小车是否做匀速直线运动 一般可目测 必要时可以打一条纸带 看上面各点间的距离是否相等 3 在本实验中 由于两颗小车轮子的灵活程度可能不相同 所受的摩擦力也可能不相等 平衡摩擦力就有困难 应该尽可能选取光滑的长木板进行实验 以减小因摩擦而造成的系统误差 4 安装器材时 要调整滑轮的高度 使拴小车的细绳与斜面平行 且连接小车和砝码盘应在平衡摩擦力之后 5 为使所作的a f图象和a 图象趋于精确 每个图都要求至少取5条以上的纸带 取一条纸带时 要同时在纸带上记录相应的小车受的拉力和小车质量的数据 并编号填表 6 描点作图时 应使尽可能多的点落在直线上 其余的点均匀分布在直线的两侧 舍去个别误差较大的点 7 改变小车的质量或拉力的大小时 改变量应尽可能大一些 但应满足砝码盘和盘内砝码的总质量远小于小车和车上砝码的总质量 一般来说 砝码盘和盘内砝码的总质量不超过小车和车上砝码总质量的10 8 称量物体的质量时 应遵守天平的操作规则 六 误差分析1 摩擦力平衡不准确 质量测量不准确 计数点间距测量不准确 纸带和细绳不严格与木板平行都会引起误差 2 因实验原理不完善造成误差 本实验中用小盘和盘中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盘中砝码的总重力 存在系统误差 例1 在 验证牛顿运动定律 的实验中 按实验要求安装好器材后 应按一定步骤进行实验 下述操作步骤的安排顺序不尽合理 请将合理的顺序填写在下面的横线上 填字母代号 a 保持重物的质量不变 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 改变重物的质量 测出加速度 重复几次c 用天平测出小车和重物的质量d 平衡摩擦力 使小车近似做匀速直线运动e 挂上重物 放进砝码 接通打点计时器的电源 放开小车 在纸带上打下一系列的点f 根据测量的数据 分别画出a f和a 图线 解析 利用控制变量法和逐差法分析纸带求加速度 最后处理实验数据 合理的操作顺序应为dceabf或dcebaf 答案 见解析 例2 探究加速度与物体质量 物体受力的关系 的实验装置如图实 4 4甲所示 图实 4 4 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 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 图实 4 5 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 a m s2 0 16m s2或a m s2 0 15m s2 2 如图