高考物理一轮总复习 实验 验证牛顿运动定律课件 新人教版.ppt

实验四验证牛顿运动定律 实验过程 一 实验步骤1 称量质量 用天平测量小盘的质量m0和小车的质量m0 2 安装器材 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绳系在小车上 即不给小车牵引力 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 4 让小车靠近打点计时器 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1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 并将所对应的质量和加速度填入表2中 7 改变小车上砝码的个数 重复步骤6 并多做几次 表1 表2 二 数据处理1 计算加速度 先在纸带上标明计数点 测量各计数点间的距离 根据逐差法计算各条纸带对应的加速度 2 作图像找关系 根据记录的各组对应的加速度a与小车所受牵引力f 建立直角坐标系 描点画a f图像 如果图像是一条过原点的倾斜直线 便证明加速度与作用力成正比 再根据记录的各组对应的加速度a与小车和砝码总质量m 建立直角坐标系 描点画a 图像 如果图像是一条过原点的倾斜直线 就证明了加速度与质量成反比 误差分析 1 因实验原理不完善引起误差 以小车 小盘和砝码整体为研究对象得mg m m a 以小车为研究对象得f ma 求得本实验用小盘和砝码的总重力mg代替小车的拉力 而实际上小车所受的拉力要小于小盘和砝码的总重力 小盘和砝码的总质量越小于小车的质量 由此引起的误差就越小 因此 满足小盘和砝码的总质量远小于小车的质量的目的就是减小因实验原理不完善而引起的误差 2 摩擦力平衡不准确造成误差 在平衡摩擦力时 除了不挂小盘外 其他的均与正式实验一样 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相邻两点间的距离相等 3 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 细绳或纸带不与木板平行等都会引起误差 注意事项 1 平衡摩擦力在平衡摩擦力时 不要把悬挂小盘的细绳系在小车上 即不要给小车加任何牵引力 且要让小车拖着纸带匀速运动 2 不重复平衡摩擦力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 实验条件每条纸带都必须在满足小车的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 一先一后一按住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 且应在小车到达定滑轮前按住小车 5 作图作图时 两坐标轴的比例要适当 要使尽可能多的点落在所作直线上 不在直线上的点应尽可能对称地分布在所作直线两侧 实验改进 本实验中可以用气垫导轨来代替长木板 这样就省去了平衡摩擦力的麻烦 小车的加速度也可以利用传感器来测量 借助于计算机来处理 热点1实验原理与注意事项 典例1 2012 安徽高考 图甲为 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 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 3 图乙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 sab 4 22cm sbc 4 65cm scd 5 08cm sde 5 49cm sef 5 91cm sfg 6 34cm 已知打点计时器的工作频率为50hz 则小车的加速度a m s2 结果保留2位有效数字 标准解答 1 要使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力 应将长木板远离定滑轮的一端垫起 使小车所受重力沿木板向下的分力与小车及纸带所受摩擦力平衡 即选项b正确 2 要使砂和砂桶的总重力的大小作为细线对小车拉力的大小 必须使mm 只有选项c符合这个要求 3 小车的加速度为其中t 0 1s 代入数据得 a 0 42m s2 答案 1 b 2 c 3 0 42 热点2实验数据处理与误差分析 典例2 2013 新课标全国卷 图甲为测量物块与水平桌面之间动摩擦因数的实验装置示意图 实验步骤如下 用天平测量物块和遮光片的总质量m 重物的质量m 用游标卡尺测量遮光片的宽度d 用米尺测量两光电门之间的距离s 调整轻滑轮 使细线水平 让物块从光电门a的左侧由静止释放 用数字毫秒计分别测出遮光片经过光电门a和光电门b所用的时间 ta和 tb 求出加速度a 多次重复步骤 求a的平均值 根据上述实验数据求出动摩擦因数 回答下列问题 1 测量d时 某次游标卡尺 主尺的最小分度为1mm 的示数如图乙所示 其读数为cm 2 物块的加速度a可用d s ta和 tb表示为a 3 动摩擦因数 可用m m 和重力加速度g表示为 4 如果细线没有调整到水平 由此引起的误差属于 选填 偶然误差 或 系统误差 标准解答 1 20分度游标卡尺的精确度为0 05mm 主尺读数0 9cm 游标尺读数 12 0 005cm 0 060cm 所以游标卡尺的读数为0 960cm 2 遮光片经过光电门a和b的平均速度分别表示a b位置的瞬时速度 又由速度位移公式得 3 对遮光片 物块和重物由牛顿第二定律得 即所以 4 如果细线没有调整到水平 由此引起的误差是实验原理不完善引起的系统误差 答案 1 0 960 2 3 4 系统误差 1 2014 福州模拟 在 探究物体的加速度与力 质量的关系 的实验中 以下操作正确的是 a 平衡摩擦力时 应将重物用细绳通过定滑轮系在小车上b 平衡摩擦力时 应将纸带连接在小车上并穿过打点计时器c 连接重物和小车的细绳可以不跟长木板平行d 实验时 应先放开小车 后接通电源 解析 选b 平衡摩擦力时 应将纸带连接在小车上并穿过打点计时器 使小车的重力沿斜面向下的分力与小车运动所受摩擦力平衡 不能将重物系在小车上 a错误 b正确 连接重物和小车的细绳应跟长木板平行 c错误 实验时 应先接通电源 待打点稳定后 放开小车 d错误 2 在 探究加速度与力 质量的关系 的实验中备有下列器材 a 电磁打点计时器 b 天平 带砝码 c 秒表 d 低压直流电源 e 纸带和复写纸 f 导线 g 细绳 h 小车 i 砂和小桶 j 一端附有滑轮的长木板 k 砝码 1 其中多余的器材是 填代号 缺少的器材是 和 2 在探究加速度a与质量m的关系时 分别以 为纵坐标 为横坐标作图像 这样就能直观地看出其关系 解析 1 实验的重点是在质量一定时 根据不同力作用下打出的纸带 求出加速度 在力一定时 根据在不同质量条件下打出的纸带 求出加速度 故只要明确打点计时器工作原理和实验步骤 则可判断多余的器材是c d 缺少的器材是低压交流电源和刻度尺 2 探究加速度a与质量m的关系时 以a为纵坐标 以为横坐标 作出的图像为经过原点的倾斜直线 这样很容易看出它们的关系 答案 1 c d低压交流电源刻度尺 2 a 3 甲 乙两个同学共同做 验证牛顿第二定律 的实验 装置如图所示 1 两位同学用砝码盘 连同砝码 的重力作为小车受到的合力 需要平衡桌面的摩擦力对小车运动的影响 将长木板的一端适当垫高 在不挂砝码盘的情况下 轻推小车 能使小车做 运动 另外 还应满足砝码盘 连同砝码 的质量m 选填 远小于 远大于 或 近似等于 小车的质量m 接下来 甲同学在保持小车质量不变的条件下 研究加速度与合力的关系 乙同学在保持合力不变的条件下 研究小车的加速度与质量的关系 2 甲同学通过对小车所牵引纸带的测量 就能得出小车的加速度a 图中是某次实验所打出的一条纸带 在纸带上标出了5个计数点 在相邻的两个计数点之间还有4个点未标出 图中数据的单位是cm 实验中使用的电源是频率f 50hz的交变电流 根据以上数据 可以算出小车的加速度a m s2 结果保留三位有效数字 解析 1 平衡摩擦力时 将长木板一端适当垫高 在不挂砝码盘的情况下 轻推小车 如果小车做匀速直线运动 表明小车处于平衡状态 摩擦力已经平衡 由实验原理mg ma 得而实际上故只有满足砝码盘 连同砝码 的质量m远小于小车的质量m时 a 近似等于a 误差较小 2 由匀变速直线运动的规律可得答案 1 匀速直线远小于 2 0 343 4 为了探究受到空气阻力时 物体运动速度随时间的变化规律 某同学采用了 加速度与物体质量 物体受力关系 的实验装置 如图所示 实验时 平衡小车与木板之间的摩擦力后 在小车上安装一薄板 以增大空气对小车运动的阻力 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图像 3 通过对实验结果的分析 该同学认为 随着运动速度的增加 小车所受的空气阻力将变大 你是否同意他的观点 请根据v t图像简要阐述理由 解析 1 在进行本实验时 要求释放小车之前接通打点计时器的电源 2 根据所给数据在所给图像中准确描点 图像如图所示 3 由图像可知 速度越大时 其图像斜率越来越小 即加速度越来越小 可知小车受到的合力越小 则小车受空气阻力越大 答案 1 之前 2 v t图像见解析 3 见解析 5 2013 天津高考改编 某实验小组利用图示的装置探究加速度与力 质量的关系 1 下列做法正确的是 a 调节滑轮的高度 使牵引木块的细绳与长木板保持平行b 在调节木板倾斜度平衡木块受到的滑动摩擦力时 将装有砝码的砝码桶通过定滑轮拴在木块上c 实验时 先放开木块再接通打点计时器的电源d 通过增减木块上的砝码改变质量时 需要重新调节木板倾斜度 2 为使砝码桶及桶内砝码的总重力在数值上近似等于木块运动时受到的拉力 应满足的条件是砝码桶及桶内砝码的总质量木块和木块上砝码的总质量 选填 远大于 远小于 或 近似等于 3 甲 乙两同学在同一实验室 各取一套图示的装置放在水平桌面上 木块上均不放砝码 在没有平衡摩擦力的情况下 研究加速度a与拉力f的关系 分别得到图中甲 乙两条直线 设甲 乙用的木块质量分别为m甲 m乙 甲 乙用的木块与木板间的动摩擦因数分别为 甲 乙 由图可知 m甲m乙 甲 乙 选填 大于 小于 或 等于 解析 1 选a 木块下滑时 受到重力 细绳的拉力 支持力和摩擦力 要使拉力等于合力 应该使细绳与长木板平行且使重力的下滑分量mgsin 等于摩擦力 mgcos 即mgsin mgcos 其中 为木板的倾角 故平衡摩擦力时 不能悬挂砝码桶 a正确 b错误 由平衡摩擦力的公式可知两边的质量m可以消去 故改变木块上的砝码的质量时 木块及其上砝码的总重力的下滑力仍能和总的摩擦力抵消 不需要重新调节木板倾斜度 故d错误 通过纸带求木块加速度 要求打点计时器在纸带上打出足够多的点 这就要求将木块放在靠近打点计时器的位置 并且先接通打点计时器 待打点稳定后再释放木块 故选项c