《高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第三章 第3講 實(shí)驗(yàn)四 驗(yàn)證牛頓運(yùn)動定律課件.ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第三章 第3講 實(shí)驗(yàn)四 驗(yàn)證牛頓運(yùn)動定律課件.ppt（28頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.學(xué)會用控制變量法研究物理規(guī)律。知識梳理2.探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系。3.掌握靈活運(yùn)用圖象處理問題的方法。實(shí)驗(yàn)原理控制變量法:在所研究的問題中,有兩個以上的參量在發(fā)生牽連變化時(shí),可以控制某個或某些量不變,只研究其中兩個量之間的變化關(guān)系的方法。這也是物理學(xué)中研究問題時(shí)經(jīng)常采用的方法。本實(shí)驗(yàn)中,研究的參量為F、m和a,可以控制參量m不變,研究F與a的關(guān)系,也可控制參量F不變,研究m與a的關(guān)系。 實(shí)驗(yàn)步驟如圖所示 實(shí)驗(yàn)器材打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,紙帶及復(fù)寫紙,小車,一端附有定滑輪的長木板,小盤和砝碼,細(xì)繩,低壓交流電源,導(dǎo)線,天平,刻度尺。 1.用天平測量小盤的質(zhì)量m0和小車的質(zhì)量M0。2.把一端附
2、有定滑輪的長木板放在實(shí)驗(yàn)桌上,并使滑輪伸出桌面,把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長木板上遠(yuǎn)離滑輪的一端,連接好電路。3.平衡摩擦力:小車的尾部掛上紙帶,紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔,將木板無滑輪的一端稍微墊高一些,使小車在不掛小盤和砝碼的情況下,能沿木板做勻速直線運(yùn)動。這樣小車所受重力沿木板的分力與小車所受的滑動摩擦力平衡。在保證小盤和砝碼的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量的條件下,可以近似認(rèn)為小盤和砝碼的總重力的大小等于小車所受的合外力的大小。 4.把小車停在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處,掛上小盤和砝碼,先接通電源,再讓小車拖著紙帶在木板上做勻加速運(yùn)動,打出一條紙帶。計(jì)算小盤和砝碼的總重力,即為小車所受的合外力,由紙帶計(jì)算出小車的加速度
3、,并把力和對應(yīng)的加速度填入表(一)中。5.改變小盤內(nèi)砝碼的個數(shù),重復(fù)步驟4,并多做幾次。6.保持小盤內(nèi)的砝碼個數(shù)不變,在小車上放上砝碼改變小車的質(zhì)量,讓小車在木板上滑動打出紙帶,計(jì)算砝碼和小車的總質(zhì)量M,并由紙帶計(jì)算出小車對應(yīng)的加速度。 7.改變小車上砝碼的個數(shù),重復(fù)步驟6,并將所對應(yīng)的質(zhì)量和加速度填入表(二)中。表(一)實(shí)驗(yàn)次數(shù)加速度a/(m s-2)小車受力F/N1 2 3 4 表(二)實(shí)驗(yàn)次數(shù)加速度a/(m s-2)小車和砝碼總質(zhì)量M/kg1 2 3 4 1.需要計(jì)算各種情況下所對應(yīng)的小車的加速度,可使用“研究勻變速直線運(yùn)動”的方法:先在紙帶上標(biāo)明計(jì)數(shù)點(diǎn),測量各計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離,根據(jù)公式a
4、=計(jì)算加速度。2xT數(shù)據(jù)處理2.需要記錄各組對應(yīng)的加速度a與小車所受牽引力F,然后建立直角坐標(biāo)系,用縱坐標(biāo)表示加速度a,橫坐標(biāo)表示牽引力F,描點(diǎn)畫a-F圖象,如果圖象是一條過原點(diǎn)的直線,便證明在質(zhì)量一定時(shí),加速度與作用力成正比。再記錄各組對應(yīng)的加速度a與小車和砝碼總質(zhì)量M,然后建立直角坐標(biāo)系,用縱坐標(biāo)表示加速度a,橫坐標(biāo)表示總質(zhì)量的倒數(shù),描點(diǎn)畫a-圖象,如果圖象是一條過原點(diǎn)的直線,就證明了在合外力一定時(shí),加速度與質(zhì)量成反比。1M 1M 誤差分析1.質(zhì)量的測量誤差,紙帶上打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)間隔距離的測量誤差,細(xì)繩或紙帶不與木板平行等都會造成誤差。2.因?qū)嶒?yàn)原理不完善造成誤差:本實(shí)驗(yàn)中用小盤和砝碼的總
5、重力代替小車受到的拉力(實(shí)際上小車受到的拉力要小于小盤和砝碼的總重力),存在系統(tǒng)誤差。小盤和砝碼的總質(zhì)量越接近小車的質(zhì)量,誤差就越大;反之,小盤和砝碼的總質(zhì)量越小于小車的質(zhì)量,誤差就越小。3.平衡摩擦力不準(zhǔn)造成誤差:在平衡摩擦力時(shí),除了不掛小盤外,其他的都跟正式實(shí)驗(yàn)一樣(比如要掛好紙帶、接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器),勻速運(yùn)動的標(biāo)志是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶上各點(diǎn)的距離相等。 注意事項(xiàng)1.在平衡摩擦力時(shí),不要把懸掛小盤的細(xì)繩系在小車上,即不要給小車加任何牽引力,并要讓小車拖著打點(diǎn)的紙帶運(yùn)動。2.實(shí)驗(yàn)步驟2、3不需要重復(fù),即整個實(shí)驗(yàn)平衡了摩擦力后,不管以后是改變小盤和砝碼的總質(zhì)量還是改變小車和砝碼的總質(zhì)量,都不需
6、要重新平衡摩擦力。3.每條紙帶必須在滿足小車與車上所加砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)大于小盤和砝碼的總質(zhì)量的條件下打出。只有如此,小盤和砝碼的總重力才可視為小車受到的拉力。4.改變拉力和小車質(zhì)量后,每次開始時(shí)小車應(yīng)盡量靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,并應(yīng)先接通電源,再放開小車,且應(yīng)在小車到達(dá)滑輪前按住小車。 5.作圖象時(shí),要使盡可能多的點(diǎn)落在所作直線上,不在直線上的點(diǎn)應(yīng)盡可能對稱分布在所作直線兩側(cè)。6.作圖時(shí)兩軸標(biāo)度比例要選擇適當(dāng),各量須采用國際單位。這樣作圖線時(shí),坐標(biāo)點(diǎn)間距不至于過密,誤差會小些。7.為提高測量精度(1)應(yīng)舍掉紙帶上開頭比較密集的點(diǎn),在后邊便于測量的地方找一個起點(diǎn)。(2)可以把每打五次點(diǎn)的時(shí)間作為時(shí)間單位,
7、即從開始點(diǎn)起,每五個點(diǎn)標(biāo)出一個計(jì)數(shù)點(diǎn),而相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為T=0.1 s。 1.在利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和小車來做“驗(yàn)證牛頓運(yùn)動定律”的實(shí)驗(yàn)時(shí),下列說法中錯誤的是( )A.平衡摩擦力時(shí),應(yīng)將砝碼盤及盤內(nèi)砝碼通過細(xì)繩拴在小車上B.連接砝碼盤和小車的細(xì)繩應(yīng)跟長木板保持平行C.平衡摩擦力后,長木板的位置不能移動D.小車釋放前應(yīng)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,且應(yīng)先接通電源再釋放小車 答案 A本題考查實(shí)驗(yàn)過程中應(yīng)注意的事項(xiàng),選項(xiàng)A中平衡摩擦力時(shí),不能將砝碼盤及盤內(nèi)砝碼通過細(xì)繩拴在小車上,A錯;選項(xiàng)B、C、D符合正確的操作方法,B、C、D對 。 2.如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置可以驗(yàn)證牛頓運(yùn)動定律,小車上固定一個盒子,盒子內(nèi)盛有沙
8、子,沙桶的總質(zhì)量(包括桶以及桶內(nèi)沙子質(zhì)量)記為m,小車的總質(zhì)量(包括小車、盒子及盒內(nèi)沙子質(zhì)量)記為M。(1)驗(yàn)證在質(zhì)量不變的情況下,加速度與合外力成正比:從盒子中取出一些沙子,裝入沙桶中,稱量并記錄沙桶的總重力mg,將該力視為合外力F,對應(yīng)的加速度a則從打下的紙帶上計(jì)算得出。多次改變合外力F的大小,每次都會得到一個相應(yīng)的加速度。本次實(shí)驗(yàn)中,桶內(nèi)的沙子取自小車中,故系統(tǒng)的總質(zhì)量不變。以 合外力F為橫軸,以加速度a為縱軸,畫出a-F圖象,圖象是一條過原點(diǎn)的直線。 a-F圖線斜率的物理意義是 。你認(rèn)為把沙桶的總重力mg當(dāng)做合外力F是否合理?答: 。(填“合理”或“不合理”)本次實(shí)驗(yàn)中,是否應(yīng)該滿足M
9、 m這樣的條件?答: (填“是”或“否”);理由是 。(2)驗(yàn)證在合外力不變的情況下,加速度與質(zhì)量成反比:保持桶內(nèi)沙子質(zhì)量m不變,在盒子內(nèi)添加或去掉一些沙子,驗(yàn)證加速度與質(zhì)量的關(guān)系。本次實(shí)驗(yàn)中,桶內(nèi)的沙子總質(zhì)量不變,故系統(tǒng)所受的合外力不變。用圖象法處理數(shù)據(jù)時(shí),以加速度a為縱軸,應(yīng)該以 的倒數(shù)為橫軸。 答案 (1)合理否因?yàn)閷?shí)驗(yàn)的研究對象是整個系統(tǒng),系統(tǒng)受到的合外力就等于mg (2)M+m解析 (1)將車內(nèi)的沙子轉(zhuǎn)移到桶中,就保證了M+m不變,即系統(tǒng)的總質(zhì)量不變,研究對象是整個系統(tǒng),a=,可見a-F圖線斜率的物理意義是,系統(tǒng)所受的合外力就等于所懸掛沙桶的總重力mg,不必滿足Mm這樣的條件。1M
10、m FM m合mgM m1M m(2)向盒子內(nèi)添加或去掉部分沙子,是改變系統(tǒng)的總質(zhì)量M+m,而系統(tǒng)的合外力仍等于所懸掛沙桶的總重力mg,保證了合外力不變。 3.為了探究加速度與力的關(guān)系,使用如圖所示的氣墊導(dǎo)軌裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。其中G1、G2為兩個光電門,它們與數(shù)字計(jì)時(shí)器相連,當(dāng)滑行器通過G1、G2光電門時(shí),光束被遮擋的時(shí)間t1、t2都可以被測量并記錄,滑行器連同上面固定的一條形擋光片的總質(zhì)量為M,擋光片寬度為D,光電門間距離為x,牽引砝碼的質(zhì)量為m。回答下列問題:(1)實(shí)驗(yàn)開始前應(yīng)先調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌下面的螺釘,使氣墊導(dǎo)軌水平,在不增加其 他儀器的情況下,如何判定調(diào)節(jié)是否到位?答: 。(2)若取M=0.
11、4 kg,改變m的值,進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn),以下m的取值不合適的一個是 。A.m1=5 gB.m2=15 gC.m 3=40 gD.m4=400 g(3)在此實(shí)驗(yàn)中,需要測得每一個牽引力對應(yīng)的加速度,其中求得的加速度的表達(dá)式為: 。(用t1、t2、D、x表示) 推滑行器,數(shù)字計(jì)時(shí)器記錄每一個光電門的光束被擋的時(shí)間t都相等 (2)D (3)a=解析 (1)如果氣墊導(dǎo)軌水平,則不掛砝碼時(shí),滑行器應(yīng)能在任意位置靜止不動,或推動滑行器后能使滑行器勻速運(yùn)動。(2)應(yīng)滿足M m,故m 4=400 g不合適。(3)由v1=,v2=,-=2ax可得:a=。2 22 12D Dt tx 1Dt 2Dt 22v 21v2
12、 22 12D Dt tx 答案 (1)取下牽引砝碼,滑行器放在任意位置都不動;或取下牽引砝碼,輕 4.如圖為“用DIS(位移傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計(jì)算機(jī))探究加速度和力的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置。(1)在該實(shí)驗(yàn)中必須采用控制變量法,應(yīng)保持 不變,用鉤碼所受的重力作為 ,用DIS測小車的加速度。(2)改變所掛鉤碼的數(shù)量,多次重復(fù)測量。在某次實(shí)驗(yàn)中根據(jù)測得的多組數(shù)據(jù)可畫出a-F關(guān)系圖線(如圖所示)。 分析此圖線的OA段可得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)論是 。此圖線的AB段明顯偏離直線,造成此誤差的主要原因是 。A.小車與軌道之間存在摩擦 B.導(dǎo)軌保持了水平狀態(tài)C.所掛鉤碼的總質(zhì)量太大 D.所用小車的質(zhì)量太大 答案 (1)小
13、車的總質(zhì)量小車所受合外力(2)在質(zhì)量不變的條件下,加速度與合外力成正比C解析 (1)因?yàn)橐骄俊凹铀俣群土Φ年P(guān)系”,所以應(yīng)保持小車的總質(zhì)量不變,鉤碼所受的重力作為小車所受合外力。(2)由于OA段a-F關(guān)系圖線為一傾斜的直線,所以在質(zhì)量不變的條件下,加速度與合外力成正比;AB段明顯偏離直線是由于沒有滿足M m造成的。 典例1在探究加速度與物體所受合外力和質(zhì)量間的關(guān)系時(shí),采用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置,小車及車中的砝碼質(zhì)量用M表示,盤及盤中的砝碼質(zhì)量用m表示,小車的加速度可由小車后拖動的紙帶上由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的點(diǎn)計(jì)算出:一、實(shí)驗(yàn)原理、步驟重難突破(1)當(dāng)M與m的大小關(guān)系滿足 時(shí),才可以認(rèn)為細(xì)線對小車的拉力
14、大小等于盤和盤中砝碼的重力。 B.每次改變小車的質(zhì)量時(shí),不需要重新平衡摩擦力C.實(shí)驗(yàn)時(shí),先放開小車,再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源D.小車運(yùn)動的加速度可用天平測出m和M,直接用公式a=mg/M求出(3)在保持小車及車中的砝碼質(zhì)量M一定,探究加速度與所受合外力的關(guān)系時(shí),由于平衡摩擦力時(shí)操作不當(dāng),兩位同學(xué)得到的a-F關(guān)系分別如圖中甲、乙所示(a是小車的加速度,F是細(xì)線作用于小車的拉力)。(2)一組同學(xué)在保持盤及盤中的砝碼質(zhì)量一定的情況下,探究加速度與小車質(zhì)量的關(guān)系,以下做法正確的是( )A.平衡摩擦力時(shí),應(yīng)將盤及盤中的砝碼用細(xì)線繞過定滑輪系在小車上其原因分別是:甲圖: ;乙圖: 。 解析 (1)對盤及盤中砝
15、碼:mg-T=ma;對小車:T=Ma,聯(lián)立可得:a=,T=mg,只有當(dāng)m M時(shí),才可認(rèn)為Tmg。(2)平衡摩擦力時(shí),先去掉盤、盤中砝碼和細(xì)線,只讓小車在重力沿斜面方向的分力作用下向左運(yùn)動,當(dāng)小車能勻速運(yùn)動時(shí),重力沿斜面方向的分力和摩擦力平衡,A不正確;調(diào)好后,當(dāng)再次改變小車質(zhì)量時(shí),無需再平衡摩擦力,B正確;實(shí)驗(yàn)時(shí),要先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源,使打點(diǎn)計(jì)時(shí)器正常工作,再釋放小車,C不正確;小車的加速度是通過處理紙帶確定的,D不正確。(3)由甲圖可看出F=0時(shí),a0,說明木板的傾角過大,重力沿斜面方向的分力大于摩擦力。由乙圖可看出,只有當(dāng)F達(dá)到一定值時(shí),才會有加速度,說明平衡摩擦力不足或未平衡摩擦力。
16、mgm MMM m 答案 (1)m M (2)B (3)木板的傾角過大沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足 甲 二、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理及誤差分析典例2某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個探究加速度與物體所受合外力F及質(zhì)量m的關(guān)系實(shí)驗(yàn)。如圖甲為實(shí)驗(yàn)裝置簡圖,A為小車,B為打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,C為裝有砂的砂桶,D為一端帶有定滑輪的長方體木板,實(shí)驗(yàn)中如果小車和小車上的砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)大于砂和砂桶的總質(zhì)量,可認(rèn)為細(xì)線對小車的拉力大小F等于砂和砂桶的總重力,小車運(yùn)動的加速度a可用紙帶上的點(diǎn)求得。 乙 (1)圖乙為某次實(shí)驗(yàn)得到的紙帶(交流電的頻率為50 Hz),試由圖中數(shù)據(jù)求出小車的加速度值(寫出計(jì)算過程);(2)保持砂和砂桶質(zhì)量不變,改變小車
17、質(zhì)量m,分別得到小車加速度a與質(zhì)量m的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表:次數(shù)1 2 3 4 5 6 7 8小車加速度a/(m s -2) 1.90 1.72 1.49 1.25 1.00 0.75 0.50 0.30小車質(zhì)量m/kg 0.25 0.29 0.33 0.40 0.50 0.71 1.00 1.67/kg-1 4.00 3.45 3.03 2.50 2.00 1.41 1.00 0.601m 根據(jù)表中數(shù)據(jù),為直觀反映F不變時(shí)a與m的關(guān)系,請?jiān)趫D丙方格坐標(biāo)紙中選擇恰當(dāng)物理量建立坐標(biāo)系,并作出圖線。從圖象中得到F不變時(shí)小車加速度a與質(zhì)量倒數(shù)之間的定量關(guān)系式是 。1m 丙 解析 (1)紙帶上所測各段距離對應(yīng)的時(shí)間間隔T=0.04 s,小車加速度a=3.0 m /s2。(2)為直觀反映F不變時(shí)a與m的關(guān)系,建立以小車加速度a為縱坐標(biāo),以小車質(zhì)量的倒數(shù)為橫坐標(biāo)的坐標(biāo)系,并作出圖象如圖所示,從圖象中得到F不變時(shí)小車加速度a與質(zhì)量之間的定量關(guān)系式是a。8 4 7 3 6 2 5 12( )16s s s s s s s sT 1m 1m 12m 答案 (1)見解析 (2)圖象見解析 a= 12m
高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第三章 第3講 實(shí)驗(yàn)四 驗(yàn)證牛頓運(yùn)動定律課件.ppt
