高考物理总复习 实验四 验证牛顿运动定律课件.ppt

实验四探究加速度与力 质量之间的关系 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 纸带及复写纸 小车 一端附有定滑轮的长木板 小盘和砝码 细绳 低压交流电源 导线 天平 刻度尺 实验步骤 1 用天平测量小盘的质量m0和小车的质量m0 2 按图实 1所示把实验器材安装好 只是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 反复移动薄木板的位置 直至小车在斜面上运动时可以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阻力恰好与小车所受的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 把小车停在打点计时器处 并在小盘内放入适量的砝码 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 打完点后切断电源 取下纸带 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 表 一 5 改变小盘内砝码的个数 重复步骤4 并多做几次 6 用纵坐标表示加速度a 横坐标表示作用力f 描点画a f图象 如果图象是一条过原点的直线 便证明加速度与作用力成正比 7 保持小盘内的砝码个数不变 在小车上放上适量的砝码 放手后 让小车运动打出纸带 计算砝码和小车总质量的倒数 并由纸带计算出小车对应的加速度 填入表 二 中 表 二 误差分析 1 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 2 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 注意事项 1 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 例1 2012 安徽理综 图实 2所示为 验证牛顿第二定律 的实验装置示意图 砂和砂桶的总质量为m 小车和砝码的总质量为m 实验中用砂和砂桶总重力的大小作为细线对小车拉力的大小 考点一实验操作及原理的理解 1 实验中 为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力 先调节长木板一端滑轮的高度 使细线与长木板平行 接下来还需要进行的一项操作是a 将长木板水平放置 让小车连着已经穿过打点计时器的纸带 给打点计时器通电 调节m的大小 使小车在砂和砂桶的牵引下运动 从打出的纸带判断小车是否做匀速运动b 将长木板的一端垫起适当的高度 让小车连着已经穿过打点计时器的纸带 撤去砂和砂桶 给打点计时器通电 轻推小车 从打出的纸带判断小车是否做匀速运动 c 将长木板的一端垫起适当的高度 撤去纸带以及砂和砂桶 轻推小车 观察判断小车是否做匀速运动 2 实验中要进行质量m和m的选取 以下最合理的一组是a m 200g m 10g 15g 20g 25g 30g 40gb m 200g m 20g 40g 60g 80g 100g 120gc m 400g m 10g 15g 20g 25g 30g 40gd m 400g m 20g 40g 60g 80g 100g 120g 解析 1 需要将长木板一端适当垫起一定高度 以平衡摩擦力 完成此项工作的标志就是在不挂砂桶情况下小车能带动纸带匀速运动 通过打点计时器点痕间隔是否均匀判定 答案 1 b 2 c 点评 为减小摩擦力的影响 本实验中需提高木板的一端 来平衡摩擦力 当m m的情况下 小车所受拉力近似等于砂和砂桶的重力 1 2014 四川省名校模拟 如图实 3为用拉力传感器和速度传感器探究 加速度与物体受力的关系 实验装置 用拉力传感器记录小车受到拉力的大小 在长木板上相距l 48 0cm的a b两点各安装一个速度传感器 分别记录小车到达a b时的速率 突破训练 图实 3 1 实验主要步骤如下 将拉力传感器固定在小车上 调整长木板的倾斜角度 以平衡小车受到的摩擦力 让小车在不受拉力作用时能在木板上做 运动 把细线的一端固定在拉力传感器上 另一端通过定滑轮与钩码相连 接通电源后自c点 图中未画出 释放小车 小车在细线拉动下运动 记录细线拉力f的大小及小车分别到达a b时的速率va vb 改变所挂钩码的数量 重复 的操作 图实 4 例2 2014 福建六校联考 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间关系的实验 图实 5所示为实验装置简图 a为小车 b为打点计时器 c为装有砂的砂桶 d为一端带有定滑轮的长方形木板 实验中认为细绳对小车的拉力f等于砂和砂桶的总重力 小车运动的加速度a可由纸带求得 考点二实验数据的处理及误差分析 图实 5 1 图实 6所示是实验中得到的一条纸带 a b c d e f g为7个相邻的计数点 相邻的两个计数点之间还有四个点未画出 量出相邻的计数点之间的距离分别为 xab 4 22cm xbc 4 65cm xcd 5 08cm xde 5 49cm xef 5 91cm xfg 6 34cm 已知打点计时器的工作频率为50hz 则小车的加速度大小为a m s2 结果保留两位有效数字 2 保持砂和砂桶质量不变 改变小车质量m 得到的数据如下表所示 根据表中数据 为直观反映f不变时a与m的关系 请在图实 5所示的坐标纸中选择恰当物理量建立坐标系 填在方框内 并作出图象 图实 6 图实 7 3 保持小车质量不变 改变砂和砂桶质量 该同学根据实验数据作出了加速度a与合力f的图象如图实 6所示 该图象不通过原点 明显超出偶然误差范围 其主要原因是 试简要说明减小这一误差的方法 图实 8 3 图象不过原点 在横轴上有截距 说明未平衡摩擦力 或平衡不够 减小这一误差的方法是在不挂砂和砂桶的情况下 垫高有打点计时器的木板的一端 使得给小车一初速度时 小车能匀速下滑 答案 1 0 42 2 见解析图 3 未平衡摩擦力 或平衡不够 在不挂砂和砂桶的情况下 垫高有打点计时器的木板的一端 使得给小车一初速度时 小车能够匀速下滑 突破训练 2014 潍坊月考 在探究加速度与力 质量的关系活动中 某小组设计了如图实 9所示的实验装置 图中上下两层水平轨道表面光滑 两小车前端系上细线 细线跨过滑轮并挂上砝码盘 两小车尾部细线连到控制装置上 实验时通过控制装置使两小车同时开始运动 然后同时停止 图实 9 1 在安装实验装置时 应调整滑轮的高度 使 在实验时 为减小系统误差 应使砝码盘和砝码的总质量 小车的质量 选填 远大于 远小于 等于 2 本实验通过比较两小车的位移来比较小车加速度的大小 能这样比较 是因为 3 实验中获得数据如下表所示 小车 的质量均为200g 在第1次实验中小车 从a点运动到b点的位移如图实 10所示 请将测量结果填到表中空格处 通过分析 可知表中第 次实验数据存在明显错误 应舍弃 图实 10 答案 1 细线与轨道平行 或水平 远小于 2 两小车从静止开始做匀加速直线运动 且两小车的运动时间相等 3 23 36 23 34 23 38均对 3 实验器材的创新 用气垫导轨代替长木板 用光电门测滑块的速度 进而计算出加速度 可以减小实验误差 用位移传感器或速度传感器和计算机连在一起可以便捷地计算出小车的加速度 用力传感器连在小车和重物之间可以准确地测出细线的拉力 例3 在用dis研究小车加速度与外力的关系时 某实验小组采用如图实 9甲所示的实验装置 重物通过滑轮用细线拉小车 位移传感器 发射器 随小车一起沿倾斜轨道运动 位移传感器 接收器 固定在轨道一端 实验中把重物的重力作为拉力f 改变重物重力重复实验四次 列表记录四组数据 图实 11 1 实验中使用位移传感器和计算机 可以便捷地获取信息和处理信息 所获取的信息是 2 在如图实 12坐标纸上作出小车加速度a和拉力f的关系图线 图实 12 3 从所得图线分析该实验小组在操作过程中的不当之处是 4 如果实验时 在小车和重物之间接一个不计质量的微型力传感器 如图实 11乙所示 并以力传感器示数表示拉力f 从理论上分析 该实验图线的斜率将 填 变大 变小