《高考风向标》高考物理一轮复习 专题三 第4讲 实验：验证牛顿运动定律课件.ppt

第4讲实验 验证牛顿运动定律 考点 验证牛顿第二定律 1 实验目的 验证牛顿第二定律 即物体的质量一定时 加速度与作用力成正比 作用力一定时 加速度与质量成反比 控制变量 远大于 图3 4 1 本实验第一部分保持小车的质量不变 改变m的大小 测出相应的a 验证a与f的关系 第二部分保持m不变 改变m的大小 测出小车运动的加速度a 验证a与m的关系 3 实验器材 打点计时器 纸带及复写纸 小车 一端附有滑轮的长木板 小桶 细绳 砂 低压交流电源 两根导线 天平 刻度尺 砝码 4 实验步骤及器材调整 1 用天平测出小车和小桶的质量m和m 把数值记录下来 2 按图3 4 2所示把实验器材安装好 图3 4 2 3 平衡摩擦力 在长木板的不带滑轮的一端下面垫上一块薄木板 反复移动其位置 直至不挂砂桶的小车刚好在斜面上保持匀速运动为止 4 将砂桶通过细绳系在小车上 接通电源放开小车 使小车运动 用纸带记录小车的运动情况 取下纸带 并在纸带上标上号码 5 保持小车的质量不变 改变砂桶中的砂量重复步骤 4 每次记录必须在相应的纸带上做上标记 列表格将记录的数据填写在表内 6 建立坐标系 用纵坐标表示加速度 横坐标表示力 在坐标系上描点 画出相应的图线以验证a与f的关系 7 保持砂及小桶的质量不变 改变小车的质量 在小车上增 减砝码 重复上述步骤 5 6 验证a与m的关系 5 注意事项 1 在本实验中 必须平衡摩擦力 方法是将长木板的一端垫起 而垫起的位置要恰当 在位置确定以后 不能再更换倾角 2 改变m和m的大小时 每次小车开始释放时应尽量靠近 打点计时器 而且先通电再放小车 3 每次利用纸带确定a时 应求解其平均加速度 6 数据处理及误差分析 1 该实验原理中t mg 11 m m 可见要在每次实验中均要 求m m 只有这样 才能使牵引小车的牵引力近似等于砂及砂桶的重力 2 在平衡摩擦力时 垫起的物体的位置要适当 长木板形成的倾角既不能太大也不能太小 同时每次改变m时 不再重复平衡摩擦力 3 在验证a与m的关系时 作图时应将横轴用1 m表示 这样才能使图象更直观 1 双选 东莞五校2011届高三联考 某同学设计了一个探究小车加速度a与小车所受拉力f及质量m关系的实验 图3 4 3为实验装置简图 他想用钩码的重力表示小车受到的合外力 为了减小这种做法带来的实验误差 你认为下列哪两项 说法是正确的是 ac a 要平衡摩擦力b 实验时不需要平衡摩擦力c 钩码的重力要远小于小车的总重力d 实验进行时应先释放小车再接通电源 图3 4 3 2 用如图3 4 4 甲 所示的实验装置来验证牛顿第二定 律 为消除摩擦力的影响 实验前必须平衡摩擦力 图3 4 4 1 某同学平衡摩擦力时是这样操作的 将小车静止地放在水平长木板上 把木板不带滑轮的一端慢慢垫高 如图3 4 4 乙 直到小车由静止开始沿木板向下滑动为止 请问这位同学的操作是否正确 如果不正确 应当如何进行 答 2 如果这位同学先如 1 中的操作 然后不断改变对小车的拉力f 他得到m 小车质量 保持不变情况下的a f图线是下图中的 将选项代号的字母填在横线上 3 打点计时器使用的交流电频率f 50hz 图3 4 5是某同学在正确操作下获得的一条纸带 a b c d e每两点之间还有4个点没有标出 写出用s1 s2 s3 s4以及f来表示小车加速度的计算式 a 根据纸带所提供的数据 算得小车的加速度大小为 m s2 结果保留两位有效数字 图3 4 5 解析 1 平衡摩擦力的要点是把有打点计时器的那一端适当抬高 给小车一个初速度 小车能匀速下滑 则小车所受摩擦力和小车的重力沿斜面向下的分力平衡 则可认为小车所受绳子的拉力等于小车所受的合外力 达到平衡摩擦力的作用 热点 验证牛顿第二定律 例1 广东五校2011届高三联考 某同学设计了一个探究加速度a与物体所受合力f及质量m关系的实验 图3 4 6为实验装置简图 交流电的频率为50hz 打点时间间隔为0 02秒 图3 4 6 1 图3 4 7为某次实验得到的纸带 根据纸带可求出小 车的加速度大小为 m s2 保留两位有效数字 图3 4 7 2 保持砂和砂桶质量不变 改变小车质量m 分别得到小车加速度a与质量m及对应的数据 如何利用这些数据才能比较直观地确定小车加速度a与质量m之间的关系呢 3 保持小车质量不变 改变砂和砂桶质量 甲 乙两位同学根据实验数据分别作出了加速度a随合力f的变化图线如图3 4 8所示 图3 4 8甲中的图线上部出现了弯曲偏离了原来的直线 其主要原因是 图3 4 6乙中的图线不通过原点 其主要原是 图3 4 8 2 在验证小车加速度a与小车质量m的关系时 为使图象更直观 作图时应将横轴用1 m表示 即作加速度与小车质量倒数之间的关系图象 3 图3 4 8甲中图线后半段偏离直线是没有满足砂和砂桶的质量要远小于车的质量这个条件造成的 图3 4 8乙图线存在明显的横截距 说明实验前未平衡摩擦力或平衡摩擦力不充分 验证牛顿第二的实验一般都会利用打点计时器和 小车来进行 考察的重点是利用纸带运算加速度 平衡摩擦力及误差分析 1 2011年广州一模 用图3 4 9所示的实验装置来验证 牛顿第二定律 图3 4 9 1 为清除摩擦力的影响 实验前平衡摩擦力的具体操作为 取下 把木板不带滑轮的一端适当垫高并反复调节 直到轻推小车后 小车能沿木板做 运动 图3 4 10 答案 1 砂桶 匀速直线 2 描点 连线如图15所示 0 30 0 28 0 32均可 图15 热点2 动力学实验新题型 例2 2009年全国卷 某同学为了探究物体在斜面上运动时摩擦力与斜面倾角的关系 设计实验装置如图3 4 11 长直平板一端放在水平桌面上 另一端架在一物块上 在平板上标出a b两点 b点处放置一光电门 用光电计时器记录滑块通过光电门时挡光的时间 图3 4 11 实验步骤如下 用游标卡尺测量滑块的挡光长度d 用天平测量滑块的质 量m 用直尺测量a b之间的距离s a点到水平桌面的垂直 距离h1 b点到水平桌面的垂直距离h2 将滑块从a点静止释放 由光电计时器读出滑块的挡光 时间t 重复步骤 数次 并求挡光时间的平均值t 利用所测数据求出摩擦力f和斜面倾角的余弦值cos 多次改变斜面的倾角 重复实验步骤 做出f cos 关系曲线 1 用测量的物理量完成下列各式 重力加速度为g 斜面倾角的余弦cos 滑块通过光电门时的速度v 滑块运动时的加速度a 滑块运动时所受到的摩擦阻力f 解析 1 物块在斜面上做初速度为零的匀加速直线运动 受重力 支持力 滑动摩擦力作用 根据三角形关系可得到 2 测量滑块挡光长度的游标卡尺读数如图3 4 12所示 读得d 图3 4 12 2 在游标卡尺中 主尺上是3 6cm 在游标尺上恰好是第2条刻度线与主尺对齐 再考虑到卡尺是10分度 所以读数为3 6cm 0 2 1mm 3 62cm 2 2010年浙江温州十校联考 现要测定木块与长木板之间的动摩擦因数 给定的器材如下 一倾角可以调节的长木板 如图3 4 13 木块 计时器一个 米尺 图3 4 13 1 填入适当的公式或文字 完善以下实验步骤 让木块从斜面上方一固定点d从静止开始下滑到斜面底 端a处 记下所用的时间t 用米尺测量d与a之间的距离s 则木块的加速度a 用米尺测量长木板顶端b相对于水平桌面ca的高度h和长木板的总长度l 设木块所受重力为mg 木块与长木板之间的动摩擦因数为 则木块所受的合外力f 根据牛顿第二定律 可求得动摩擦因数的表达式 代入测量值计算求出 的值 改变 重复上述测量和计算 求出 的平均值 2 在上述实验中 如果用普通的秒表作为计时器