验证牛顿第二定律实验课件

实验：探究加速度与力、质量的关系实验：探究加速度与力、质量的关系一、实验目的1．学会用控制变量法研究物理规律．2．验证牛顿第二定律．3．掌握利用图象处理数据的方法．一、实验目的2.1实验探究实验器材：打点计时器、纸带、复写纸片、小车、一端附有定滑轮的长木板、砝码、钩码、细绳、低压交流电源、导线、天平(带有一套砝码)、刻度尺．1、小车质量测量：2、打点计时器用途：打出纸带，用逐差法测量小车加速度天平3、如何才能给小车提供一个恒定的合外力？4、如何测量小车所受的合外力？2.1实验探究1、小车质量测量：打出纸带，用逐差法测量小车加5.如何平衡摩擦力？我们将长木板倾斜一定角度θ，θ应该等于此时物体在斜面上受到的合外力为0。做实验时肯定无法这么准确，我们只要把木板倾斜到物体在斜面上大致能够匀速下滑（可以根据纸带上的点来判断）时即可.

6.绳子的拉力等于砝码的重量吗？为什么？不等于！因为砝码向下加速，所以绳子的拉力小于砝码的重力.7.什么情况下砝码重力可以近似等于绳子拉力即小车所受的合外力？当砝码质量比小车质量小得多时，绳子的拉力近似等于砝码的重力，即小车受到的合外力近似等于砝码的重力.5.如何平衡摩擦力？我们将长木板倾斜一定角度θ，θ应该等于此2.2．实验原理分析：利用砝码和小盘通过细线牵引小车做加速运动的方法，采用控制变量法研究上述两组关系．2.2.1加速度和合外力的关系：实验基本思想：保持物体的质量不变，测量物体在不同的合力作用下物体的加速度，分析加速度与合外力的关系。2.2．实验原理分析：2.2.1加速度和合外力的关系：F/Na/m·s-20实验结论：若a-F图像是一个过原点的直线，说明质量不变时，加速度与力成正比。F/Na/m·s-20实验结论：若a-F图像是一个过原点的直2.2．实验原理分析：利用砝码和小盘通过细线牵引小车做加速运动的方法，采用控制变量法研究上述两组关系．2.2.1加速度和质量的关系：实验基本思想：保持物体所受的合外力相同，测量不同质量的物体在该力的作用下的加速度，分析加速度与质量的关系。2.2．实验原理分析：2.2.1加速度和质量的关系：实验数据记录处理实验结论：若F不变时，m越大，a越小，则有可能成反比。因此a-m图像不易反映出相应的规律。做出F不变时的a-1/m关系图像，如图所示，若图像是一条过原点的直线，则说明，力不变时，加速度a与质量m成反比。实验数据记录处理实验结论：若F不变时，m越大，a越小，则有2.3、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3－3－1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)．图3－3－12.3、实验步骤图3－3－13．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，反复移动木板的位置，直至拖着纸带的小车在斜面上运动时可以保持

状态，判断依据是：4．把细绳系在小车上并绕过滑轮悬挂小盘，

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，在纸带上标上纸带号码．匀速直线运动纸带上两点间距离都相等。先接通电源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″，…的砝码，再重复步骤4.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．5．保持小车及车内砝码的质量不变，在小盘内放入质量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．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，

横坐标表示小车砝码总质量的倒数，根据实验结果

在坐标平面上画出相应的点．7．用纵坐标表示加速度，横坐标表示力，根据实验结果2.4.误差分析偶然误差：1.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,拉线或纸带不与木板平行等.2.平衡摩擦力操作不当系统误差：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)；小盘和砝码的总质量越接近小车的质量,误差就越大;反之,小盘和砝码的总质量越小于小车的质量,误差就越小.2.4.误差分析

由于平衡摩擦力时操作不当，二位同学得到的a―F关系分别如下图C、D所示(a是小车的加速度.F是细线作用于小车的拉力)。其原因分别是：C图：

，D图：

。0FaC0FaD平衡摩擦力时，长木板的倾角过大了没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够或长木板的倾角过小C图：试解释下面两个图象弯曲原因试解释下面两个图象弯曲原因实验方案二：实验器材：小车、一端带滑轮的长木板、粗线、砝码、小盘、天平、刻度尺、宽口夹子。实验方案二：实验器材：小车、一端带滑轮的长木板、粗线、砝码、实验原理:在实验中，我们可以根据两个小车的运动时间相同，结合运动学公式,得到加速度的比值等于运动位移的比值，在实验中我们就可以不必求出加速度而是直接求位移的比就可以表示加速度的比值关系，从而使实验数据的处理变得简单、直观。实验原理:实验数据处理F1/F2x1/x201.加速度与力的关系（保持小车质量不变）实验数据处理F1/F2x1/x201.加速度与力的关系（保M2/M1x1/x202.加速度与质量的关系（保持拉力不变）M2/M1x1/x202.加速度与质量的关系（保持拉力不变）探究实验结论：物体的加速度和物体所受到的合外力有什么关系？和自身的质量有什么关系？探究实验结论：例题1.如果图象是通过原点的一条直线，则说明（）A．物体的加速度a与质量m成正比B．物体的加速度a与质量m成反比C．物体的质量m与加速度a成正比D．物体的质量m与加速度a成反比B例题1.如果图象是通过原点的一条直线，则说明（例题2.物理小组在一次探究活动中测量滑块与木板之间的动摩擦因数.实验装置如图所示,一表面粗糙的木板固定在水平桌面上,一端装有定滑轮;木板上有一滑块,其一端与电磁打点计时器的纸带相连,另一端通过跨过定滑轮的细线与托盘连接.打点计时器使用的交流电源的频率为50Hz.开始实验时,在托盘中放入适量砝码,滑块开始做匀加速运动,在纸带上打出一系列小点.例题2.物理小组在一次探究活动中测量滑块与木板之间的动摩擦因(1)下图给出的是实验中获取的一条纸带的一部分,0.1.2.3.4.5.6.7是计数点,每相邻两计数点间还有4个打点(图中未标出),计数点间的距离如图所示.根据图中数据计算的加速度a=________.(保留三位有效数字).(1)下图给出的是实验中获取的一条纸带的一部分,0.1.2.(2)回答下列两个问题:①为测量动摩擦因数,下列物理量中还应测量的有_____.(填入所选物理量前的字母)A.木板的长度LB.木板的质量m1C.滑块的质量m2D.托盘和砝码的总质量m3E.滑块运动的时间t②测量①中所选定的物理量时需要的实验器材是_____.(3)滑块与木板间的动摩擦因数μ=_____(用被测物理量的字母表示,重力加速度为g).与真实值相比,测量的动摩擦因数_____(填“偏大”或“偏小”).写出支持你的看法的一个论据:_____.(2)回答下列两个问题:解析:(1)a=0.497m/s2(2)①要测动摩擦因数,就要测出滑块受的拉力和滑块质量;②测质量就需要天平.(3)根据牛顿第二定律m3g-μm2g=(m2+m3)a得μ=这样测出的动摩擦因数比真实值偏大,因为纸带和打点计时器间还有摩擦,计算时忽略掉,导致结果偏大.解析:(1)a=1.在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，关于平衡摩擦力的说法中正确的是()A.“平衡摩擦力”的本质就是让小车受到的摩擦力为零B.“平衡摩擦力”的本质就是使小车所受的重力沿斜面方向的分力与所受到的摩擦阻力相平衡C.“平衡摩擦力”的目的就是要使小车所受的合力等于所挂砝码通过细绳和滑轮对小车施加的拉力D.“平衡摩擦力”是否成功，可根据小车拖动的由打点计时器打出的纸带上的点迹间距是否均匀来确定BCD1.在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，关于平BCD2.在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中备有下列器材：A.打点计时器;B.天平;C.秒表;D.低压交流电源;E.电池;F.纸带;G.细绳、砝码、小车、小盘；H.薄木板;I.装有细砂的小桶其中多余的器材是______________________________；缺少的器材是__________________________________.【解析】多余的器材是秒表、电池；缺少的是刻度尺、一端带滑轮的长木板.答案：C、E刻度尺、一端带滑轮的长木板2.在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中备有下列器材：3.(2012·宜宾高一检测)在做“探究加速度与力、质量的关系”的实验时，计算出各纸带的加速度后，将测得的反映加速度a和力F关系的有关资料记录在表一中.将测得的反映加速度a和质量M关系的有关资料记录在表二中.表一3.(2012·宜宾高一检测)在做“探究加速度与力、质量的(1)根据表中所列数据，分别画出a-F图象和a-图象.(2)由图象可以判定：当M一定时，a与F的关系为___________；当F一定时，a与M的关系为_____________.表二(1)根据表中所列数据，分别画出a-F图象和a-图象.【解析】本题主要考查本实验的数据处理问题以及结合图表综合分析问题的能力.（1）分别画出a-F与a-的坐标，按表中数据进行描点，作一直线，使直线经过大多数点即可得到图象，如图甲、乙所示.【解析】本题主要考查本实验的数据处理问题以及结合（2）由于图线为直线，所以a与F成正比，a与M成反比.答案：（1）见解析图(2)正比关系反比关系（2）由于图线为直线，所以a与F成正比，a与M成反比.4.在“探究加速度与力、质量关系”的实验中(1)某小组得到一条打点的纸带,相邻计数点间的时间间隔为T,且间距x1、x2、x3、x4、x5、x6已量出,如图所示,计算D点的瞬时速度的表达式,加速度的表达式.(2)另一小组在该实验中得到了如下一组实验数据4.在“探究加速度与力、质量关系”的实验中(2)另一小组在①请在右图所示的坐标系中画出a—F图线.②从图中可以发现实验操作中存在的问题可能是()A.实验中没有平衡摩擦力B.实验中平衡摩擦力时木板倾角过小C.实验中平衡摩擦力时木板倾角过大D.实验中小车质量发生变化AB①请在右图所示的坐标系中画出a—F图线.②从图中可以发现实验解析(1)未平衡摩擦力；(2)应使用低压交流电源；(3)拉小车的细线应与木板平行；(4)小车应靠近打点计时器；(5)打点计时器应置于木板右端解析(1)未平衡摩擦力；(2)应使用低压交流电源；(3)拉【例2】在探索a与F、m关系的实验中备有下列器材：

A．打点计时器；B．天平；C．秒表；D．低压交流电源；E．电池；F．纸带；G．细绳、砝码、小车、砂和桶。其中多余的器材是_______________．缺少的器材是________________________．CE附有定滑轮的长木板、刻度尺【例2】在探索a与F、m关系