高考总复习物理课件必修1第3章实验四 验证牛顿运动定律

1、目录目录实验四验证牛顿运动定律实验四验证牛顿运动定律本节目本节目录录基础理论储备基础理论储备知能优化演练知能优化演练创新实验评析创新实验评析经典例题展示经典例题展示目录目录基础理论储备基础理论储备实验目的实验目的1学会用控制变量法研究物理规律学会用控制变量法研究物理规律2验证牛顿运动定律验证牛顿运动定律3掌握利用图象处理数据的方法掌握利用图象处理数据的方法实验原理实验原理探究加速度探究加速度a与力与力F及质量及质量M的关系时，应用的基本方法是控的关系时，应用的基本方法是控制变量法，即先控制一个参量制变量法，即先控制一个参量小车的质量小车的质量M不变，讨论不变，讨论加速度加速度a与力与力F的关系

2、，再控制砝码和小盘的质量不变，即力的关系，再控制砝码和小盘的质量不变，即力F不变，改变小车质量不变，改变小车质量M，讨论加速度，讨论加速度a与与M的关系的关系目录目录实验器材实验器材打点计时器、纸带、复写纸片、小车、一端附有定滑轮打点计时器、纸带、复写纸片、小车、一端附有定滑轮的长木板、小盘、砝码、夹子、细绳、低压交流电源、的长木板、小盘、砝码、夹子、细绳、低压交流电源、导线、天平导线、天平(带有一套砝码带有一套砝码)、刻度尺、刻度尺目录目录实验步骤实验步骤1用天平测量小盘的质量用天平测量小盘的质量m0和小车的质量和小车的质量M0.2按照如图所示装置把实验器材安装好，只是不把悬挂小按照如图所示

3、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盘的细绳系在小车上(即不给小车牵引力即不给小车牵引力)目录目录3平衡摩擦力：在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上一平衡摩擦力：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定滑轮悬挂小盘，小盘里放砝把细绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂小盘，

4、小盘里放砝码，先接通电源再放开小车，打点计时器在纸带上打下一码，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计算小盘和砝码的重力，在小盘和砝码的质量系列的点计算小盘和砝码的重力，在小盘和砝码的质量远小于小车质量的条件下远小于小车质量的条件下,可以认为等于小车所受的合外力可以认为等于小车所受的合外力,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表(一一)中中目录目录5改变小盘内砝码的个数，重复步骤改变小盘内砝码的个数，重复步骤4，并多做几次，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保持小盘内的砝码个数不变，在

5、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车的总质量M，并由纸带计算出小车对应的加速度，并由纸带计算出小车对应的加速度7改变小车上砝码的个数，重复步骤改变小车上砝码的个数，重复步骤6，并将所对应的质，并将所对应的质量和加速度填入表量和加速度填入表(二二)中中表表(一一)实验次数实验次数12345a/(ms2)小车受力小车受力F/N目录目录表表(二二)实验次数实验次数12345a/(ms2)小车、砝码总小车、砝码总质量质量M/kg1/M(kg1)目录目录目录目录目录目录2摩擦力平衡不准确造成误差，在平衡摩擦力时，

6、除了不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挂小盘外，其他的均与正式实验一样(比如要挂好纸带、接比如要挂好纸带、接通打点计时器通打点计时器)，匀速运动的标志是打点计时器打出的纸带，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量误差、细绳或纸带不与木板平行等都会引起误差目录目录注意事项注意事项1在平衡摩擦力时在平衡摩擦力时,不要把悬挂小盘的细绳系在小车上不要把悬挂小盘的细绳系

7、在小车上,即即不要给小车加任何牵引力不要给小车加任何牵引力,并要让小车拖着纸带匀速运动并要让小车拖着纸带匀速运动2整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变小盘和砝码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衡摩擦力3每条纸带都必须在满足小车的质量远大于小盘和砝码的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可视为小车受到的拉力目录目录4改变拉力和小车质量后，每次开始

8、时小车应尽量靠近打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达定滑轮前按住小车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地分布在所作直线的两侧上的点应尽可能对称地分布在所作直线的两侧6作图时两轴标度比例要适当，各量须采用国际单位这作图时两轴标度比例要适当，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，误差会小些样作图线时，坐标点间距不至于过密，误差会小些目录目录7为提高测量精度为提高测量精度

9、(1)应舍掉纸带上开头比较密集的点，在后边便于测量的地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，即从开始点起可以把每打五次点的时间作为时间单位，即从开始点起,每五个点标出一个计数点，则相邻计数点间的时间间隔为每五个点标出一个计数点，则相邻计数点间的时间间隔为T0.1 s.目录目录拓展创新拓展创新本实验中可以用气垫导轨来代替长木板本实验中可以用气垫导轨来代替长木板,这样就省去了平这样就省去了平衡小车摩擦力的麻烦衡小车摩擦力的麻烦,小车的加速度也可以利用传感器，小车的加速度也可以利用传感器，借助于计算机来处理借助于计算机来处理

10、目录目录考点考点1对实验操作与原理的考查对实验操作与原理的考查 (2012高考安徽卷高考安徽卷)如图甲为如图甲为“验证牛顿第二定律验证牛顿第二定律”的实验装置示意图砂和砂桶的总质量为的实验装置示意图砂和砂桶的总质量为m，小车和砝码，小车和砝码的总质量为的总质量为M.实验中用砂和砂桶的总重力的大小作为细线实验中用砂和砂桶的总重力的大小作为细线对小车拉力的大小对小车拉力的大小甲甲经典例题展示经典例题展示目录目录(1)实验中，为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外实验中，为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力力,先调节长木板一端滑轮的高度，使细线与长木板平行先调节长木板一端滑轮的高度，使细线与

11、长木板平行接下来还需要进行的一项操作是接下来还需要进行的一项操作是()A将长木板水平放置将长木板水平放置,让小车连着已经穿过打点计时器的让小车连着已经穿过打点计时器的纸带纸带,给打点计时器通电，调节给打点计时器通电，调节m的大小，使小车在砂和砂的大小，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

12、速运动轻推小车，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砂桶，轻推小车，观察判断小车是否做匀速运动目录目录(2)实验中要进行质量实验中要进行质量m和和M的选取，以下最合理的一组是的选取，以下最合理的一组是()AM200 g，m10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、40 gBM200 g，m20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 gCM400 g，m10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、40 gDM400 g，m20 g、4

13、0 g、60 g、80 g、100 g、120 g目录目录(3)如图乙是实验中得到的一条纸带如图乙是实验中得到的一条纸带,A、B、C、D、E、F、G为为7个相邻的计数点个相邻的计数点,相邻的两个计数点之间还有四个点未画相邻的两个计数点之间还有四个点未画出出.量出相邻的计数点之间的距离分别为：量出相邻的计数点之间的距离分别为：sAB4.22 cm、sBC4.65 cm、sCD5.08 cm、sDE5.49 cm、sEF5.91 cm、sFG6.34 cm.已知打点计时器的工作频率为已知打点计时器的工作频率为50 Hz，则小车的加，则小车的加速度速度a_m/s2(结果保留结果保留2位有效数字位有效

14、数字)乙乙目录目录目录目录【答案答案】(1)B(2)C(3)0.42目录目录考点考点2实验数据的处理和误差分析实验数据的处理和误差分析 (2013南平模拟南平模拟)某组同学设计了某组同学设计了“探究加速度探究加速度a与物体与物体所受合力所受合力F及质量及质量m的关系的关系”实验图为实验装置简图，实验图为实验装置简图，A为为小车，小车，B为电火花计时器，为电火花计时器，C为装有细砂的小桶，为装有细砂的小桶，D为一端带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等等于细砂和小桶的总重量于细砂和小桶的总重量目录目录(1)在在“探究加速度探

15、究加速度a与质量与质量m的关系的关系”时，某同学按照自己时，某同学按照自己的方案将实验数据在坐标系中进行了标注，但尚未完成图象的方案将实验数据在坐标系中进行了标注，但尚未完成图象(如图甲所示如图甲所示)请继续帮助该同学作出坐标系中的图象请继续帮助该同学作出坐标系中的图象 甲乙甲乙(2)在在“探究加速度探究加速度a与合力与合力F的关系的关系”时，该同学根据实验时，该同学根据实验数据作出了加速度数据作出了加速度a与合力与合力F的图线如图乙，该图线不通过的图线如图乙，该图线不通过坐标原点，试分析图线不通过坐标原点的原因坐标原点，试分析图线不通过坐标原点的原因目录目录【解析解析】(1)将坐标系中各点连

16、成一条将坐标系中各点连成一条直线，连接时应使直线过尽可能多的点，直线，连接时应使直线过尽可能多的点，不在直线上的点应大致对称地分布在直不在直线上的点应大致对称地分布在直线的两侧，离直线较远的点应视为错误线的两侧，离直线较远的点应视为错误数据，不予考虑，连线如图所示数据，不予考虑，连线如图所示(2)图线与横轴有截距，说明实验前没有平衡摩擦力或平衡图线与横轴有截距，说明实验前没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够摩擦力不够【答案答案】(1)见解析见解析(2)实验前没有平衡摩擦力或平衡摩实验前没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够擦力不够目录目录创新实验评析创新实验评析【范例范例】如图所示的实验装置可以验证牛顿运动

17、定律，小如图所示的实验装置可以验证牛顿运动定律，小车上固定一个盒子，盒子内盛有砂子砂桶的总质量车上固定一个盒子，盒子内盛有砂子砂桶的总质量(包括包括桶以及桶内砂子质量桶以及桶内砂子质量)记为记为m，小车的总质量，小车的总质量(包括车、盒子包括车、盒子及盒内砂子质量及盒内砂子质量)记为记为M.目录目录(1)验证在质量不变的情况下，加速度与合力成正比从盒验证在质量不变的情况下，加速度与合力成正比从盒子中取出一些砂子，装入砂桶中，称量并记录砂桶的总重子中取出一些砂子，装入砂桶中，称量并记录砂桶的总重力力mg，将该力视为合力，将该力视为合力F，对应的加速度，对应的加速度a则从打下的纸带则从打下的纸带中

18、计算得出多次改变合力中计算得出多次改变合力F的大小，每次都会得到一个的大小，每次都会得到一个相应的加速度本次实验中，桶内的砂子取自小车中，故相应的加速度本次实验中，桶内的砂子取自小车中，故系统的总质量不变以合力系统的总质量不变以合力F为横轴，以加速度为横轴，以加速度a为纵轴，为纵轴，画出画出aF图象，图象是一条过原点的直线图象，图象是一条过原点的直线目录目录aF图象斜率的物理意义是图象斜率的物理意义是_你认为把砂桶的总重力你认为把砂桶的总重力mg当做合力当做合力F是否合理？是否合理？答：答：_.(选填选填“合理合理”或或“不合理不合理”)本次实验中，是否应该满足本次实验中，是否应该满足Mm这样的条件？这样的条件？答：答：_(选填选填“是是”或或“否否”)；理由是理由是_ 目录目录(2)验证在合力不变的情况下，加速度与质量成反比保持验证在合力不变的情况下，加速度与质量成反比保持桶内砂子质量桶内砂子质量m不变，在盒子内添加或去掉一些砂子，验不变，在盒子内添加或去掉一些砂子，验证加速度与质量的关系本次实验中，桶内的砂子总质量证加速度与质量的关系本次实验中，桶内的砂子总质量不变，故系统所受的合力不变用图象法处理数据