2012届高三物理总复习 实验4 验证牛顿运动定律课件 鲁科版

实验四：验证牛顿运动定律 知识要点归纳实验目的1学会用控制变量法研究物理规律；2验证牛顿运动定律；3掌握利用图象处理数据的方法 实验原理1验证牛顿运动定律的实验依据是牛顿第二定律，即FMa，当研究对象有两个以上的参量发生变化时，设法控制某些参量使之不变，而研究另外两个参量之间的变化关系的方法叫控制变量法本实验中有力F、质量M和加速度a三个变量，研究加速度a与F及M的关系时，先控制质量M不变，讨论加速度a与力F的关系；然后再控制力F不变，讨论加速度a与质量M的关系 2实验中需要测量的物理量和测量方法：小车及砝码的总质量M；用天平测出小车受到的拉力F认为等于托盘和砝码的总重力m g.小车的加速度a利用纸带根据saT2计算 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、重物、夹子、细绳、低压交流电源、导线、天平(带有一套砝码)、刻度尺 过程分析导引一、实验步骤1用天平测出小车和砝码的总质量M，小盘和砝码的总质量m，把数值记录下来2按如图341所示把实验器材安装好，只是不把悬挂小盘的细绳系在车上，即不给小车施加牵引力 图341 3平衡摩擦力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫一块木板反复移动木板的位置，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，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，在纸带上标上纸带号码 5保持小车和砝码的质量不变，在小盘里放入适量的砝码，把小盘和砝码的总质量m 记录下来，重复步骤4.在小桶内再放入适量砝码，记录下小盘和砝码的总质量m ，再重复步骤4.6重复步骤5两次，得到三条纸带7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 8用纵坐标表示加速度a，横坐标表示作用力F，作用力F的大小等于小盘和砝码的总重力，根据实验结果在坐标平面上画出相应的点，如果这些点是在一条过原点的直线上，便证明了加速度与作用力成正比9保持小盘和砝码的质量不变，在小车上加砝码，重复上面的实验，用纵坐标表示加速度a，横坐标表示小车和砝码总质量的倒数，根据实验结果在坐标平面上画出相应的点如果这些点是在一条过原点的直线上，就证明了加速度与质量成反比 二、注意事项1一定要做好平衡摩擦力的工作，也就是调出一个合适的斜面，使小车的重力沿着斜面方向的分力正好平衡小车受的摩擦阻力，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5作图象时，要使尽可能多的点分布在所作直线上，不在直线上的点应尽可能对称分布在所作直线两侧 6作图时两轴标度比例要选择适当，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7为提高测量精度，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，而相邻计数点间的时间间隔为T0.1 s.三、误差分析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都会造成误差 2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3平衡摩擦力不准造成误差在平衡摩擦力时，除了不挂小盘外；其他的都跟正式实验一样(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点的距离相等 实验典例精析实验原理和步骤的考查 在验证牛顿运动定律的实验中，采用如图342所示的实验装置，小车及车中的砝码质量用M表示，盘及盘中的砝码质量用m表示，小车的加速度可由小车后拖动的纸带由打点计时器打上的点计算出： 图342 (1)当M与m的大小关系满足_时，才可以认为绳子对小车的拉力大小等于盘和砝码的重力(2)一组同学在先保持盘及盘中的砝码质量一定，探究加速度与质量的关系，以下做法错误的是()A平衡摩擦力时，应将盘及盘中的砝码用细绳通过定滑轮系在小车上B每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力C实验时，先放开小车，再接通打点计时器电源D小车运动的加速度可用天平测出m以及小车质量M，直接用公式am g/M求出 (3)做该实验时，按实验要求装置好器材后，应按一定的步骤进行实验，下列给出供选择的操作步骤：A保持小盘和砝码的质量不变，在小车里加砝码，测出加速度，重复几次B保持小车质量不变，改变小盘里砝码的质量，测出加速度，重复几次C用天平测出小车的质量D在长木板没有定滑轮的一端垫上厚度合适的垫木，平衡摩擦力 【解析】(1)验证牛顿运动定律实验，为了减小系统误差，必须满足m M，才可以认为绳子对小车的拉力大小等于盘和砝码的重力(2)平衡摩擦力时，不能将盘及盘中的砝码用细绳通过定滑轮系在小车上，每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力，实验时，应先接通打点计时器电源，再放开小车，小车运动的加速度应由打点计时器打出的纸带求出，选项A、C、D错误(3)实验中不需用秒表测出小车运动的时间，因此F是不必要的步骤，实验的顺序是DCGABE. 【答案】(1)m M(2)ACD(3)FDCGABE【规律总结】对探究实验重点要掌握其原理，引导学生动手完成实验，体验探究的过程是理解原理和掌握步骤的关键 实验数据处理的考查 (2011年福建押题卷)某学习小组的同学在用打点计时器验证牛顿运动定律的实验中，不改变拉力，只改变物体的质量，得到了如下表所示的几组数据，其中第3组数据还未算出加速度，但对应该组的纸带打出了，如图343所示(长度单位：cm)，图中各点为每打5个点选出的计数点(两计数点间还有4个点未标出). 图343 实验序号1 2 3 4 5 6小车质量/g 200 300 400 500 600 1000小车加速度/(m/s2) 2.00 1.33 0.79 0.67 0.40小车质量倒数/kg1 5.00 3.33 2.50 2.00 1.67 1.00 (1)请由纸带上的数据，计算出缺少的加速度值并填入表中(小数点后保留两位小数)(2)请在如图344所示坐标系中，将表中各组数据用小黑点描在坐标系上，并作出平滑的图线图344 (3)由图象得出的结论是：_. (2)在坐标纸上描点画图如图345所示(3)在力F一定的情况下，由图345知运动物体的加速度与物体质量的倒数成正比图345 【答案】见解析【规律总结】本题主要考查实验数据的处理，逐差法是纸带类问题计算加速度的常用方法，要分清纸带上两点间距离的意义及两点间的时间图象法是实验数据处理的常用方法，比较直观形象，做图时比例选取要适当，点不要过密 创新实验 (2010年高考山东理综卷)某同学设计了如图346所示的装置来探究加速度与力的关系弹簧秤固定在一合适的木板上，桌面的右边缘固定一支表面光滑的铅笔以代替定滑轮，细绳的两端分别与弹簧秤的挂钩和矿泉水瓶连接在桌面上画出两条平行线MN、PQ，并测出间距d.开始时将木板置于MN处，现缓慢向瓶中加水，直到木板刚刚开始运动为止，记下弹簧秤的示数F 0，以此表示滑动摩擦力的大小再将木板放回 原处并按住，继续向瓶中加水后，记下弹簧秤的示数F1，然后释放木板，并用秒表记下木板运动到PQ处的时间t.图346 (1)木板的加速度可以用d、t表示为a_；为了减小测量加速度的偶然误差可以采用的方法是(一种即可)_(2)改变瓶中水的质量重复实验，确定加速度a与弹簧秤示数F1的关系下列图象能表示该同学实验结果的是_图347 (3)用加水的方法改变拉力的大小与挂钩码的方法相比，它的优点是_a可以改变滑动摩擦力的大小b可以更方便地获取多组实验数据c可以比较精确地测出摩擦力的大小d可以获得更大的加速度以提高实验精度 【规律总结】创新实验一般是实验装置的改进，实验数据处理方法和步骤的简化，理解好实验原理是完成实验的前提