山东省沂水一中高中历史《第4讲 实验：验证牛顿运动定律》课件 新人教版必修2

第 4 讲实验：验证牛顿运动定律考点验证牛顿第二定律1实验目的：验证牛顿第二定律，即物体的质量一定时，加速度与作用力成正比；作用力一定时，加速度与质量成反比 2013天津卷天津卷 9 (2）某实验小组利用图示的装置探究加速度与力、质）某实验小组利用图示的装置探究加速度与力、质量的关系量的关系 下列做法正确的是下列做法正确的是 （填字母代号）（填字母代号） A调节滑轮的高度，使牵引木块的细绳与长木板保调节滑轮的高度，使牵引木块的细绳与长木板保持平行持平行 B在调节木板倾斜度平衡木块受到的滑动摩擦力时，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木块上将装有砝码的砝码桶通过定滑轮拴木块上 C实验时，先放开木块再接通打点计时器的电源实验时，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，不需要盆新通过增减木块上的砝码改变质量时，不需要盆新调节木板倾斜度调节木板倾斜度 为使砝码桶及桶内砝码的总重力在数值上近似等于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内砝码的总质量 木块和木块上硅码的总质量木块和木块上硅码的总质量（填远大于，远小于，或近似于）（填远大于，远小于，或近似于） 甲、乙两同学在同一实验室，各取一套图示的装置甲、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，研究加速度擦力的情况下，研究加速度a与拉力与拉力F的关系，分别的关系，分别得到图中甲、乙两条直线得到图中甲、乙两条直线设甲、乙用的木块质量分设甲、乙用的木块质量分别为别为m甲、甲、m乙甲、乙用的木块与木板间的动摩擦因乙甲、乙用的木块与木板间的动摩擦因数分别为数分别为甲，甲，乙，由图可知，乙，由图可知，m甲甲 m乙乙 甲甲 乙（填乙（填“大于大于”、“小于小于”或或“等于等于”)控制变量远大于图 341本实验第一部分保持小车的质量不变，改变 m 的大小，测出相应的 a，验证 a 与 F 的关系；第二部分保持 m 不变，改变M 的大小，测出小车运动的加速度 a，验证 a 与 M 的关系3实验器材打点计时器，纸带及复写纸，小车，一端附有滑轮的长木板，小桶，细绳，砂，低压交流电源，两根导线，天平，刻度尺，砝码4实验步骤及器材调整(1)用天平测出小车和小桶的质量 M 和 m，把数值记录下来(2)按图 342 所示把实验器材安装好图 342(3)平衡摩擦力：在长木板的不带滑轮的一端下面垫上一块薄木板，反复移动其位置，直至不挂砂桶的小车刚好在斜面上保持匀速运动为止.(4)将砂桶通过细绳系在小车上，接通电源放开小车，使小车运动，用纸带记录小车的运动情况，取下纸带，并在纸带上标上号码(5)保持小车的质量不变，改变砂桶中的砂量重复步骤(4)，每次记录必须在相应的纸带上做上标记，列表格将记录的数据填写在表内(6)建立坐标系，用纵坐标表示加速度，横坐标表示力，在坐标系上描点，画出相应的图线以验证 a 与 F 的关系.(7)保持砂及小桶的质量不变，改变小车的质量(在小车上增减砝码)，重复上述步骤(5)、(6)验证 a 与 M 的关系5注意事项(1)在本实验中，必须平衡摩擦力，方法是将长木板的一端垫起，而垫起的位置要恰当在位置确定以后，不能再更换倾角(2)改变 m 和 M 的大小时，每次小车开始释放时应尽量靠近打点计时器，而且先通电再放小车.(3)每次利用纸带确定 a 时，应求解其平均加速度6数据处理及误差分析(1)该实验原理中 Tmg11m/M，可见要在每次实验中均要求 Mm，只有这样，才能使牵引小车的牵引力近似等于砂及砂桶的重力(2)在平衡摩擦力时，垫起的物体的位置要适当，长木板形成的倾角既不能太大也不能太小，同时每次改变 M 时，不再重复平衡摩擦力(3)在验证 a 与 M 的关系时，作图时应将横轴用 1/M 表示，这样才能使图象更直观.1(双选)(东莞五校 2011 届高三联考)某同学设计了一个探究小车加速度 a 与小车所受拉力 F 及质量 m 关系的实验，图343 为实验装置简图他想用钩码的重力表示小车受到的合外力，为了减小这种做法带来的实验误差，你认为下列哪两项说法是正确的是()ACA要平衡摩擦力B实验时不需要平衡摩擦力C钩码的重力要远小于小车的总重力D实验进行时应先释放小车再接通电源图 3432用如图 344(甲)所示的实验装置来验证牛顿第二定律，为消除摩擦力的影响，实验前必须平衡摩擦力图 344(1)某同学平衡摩擦力时是这样操作的：将小车静止地放在水平长木板上，把木板不带滑轮的一端慢慢垫高，如图 344(乙)，直到小车由静止开始沿木板向下滑动为止请问这位同学的操作是否正确？如果不正确，应当如何进行？答：_.(2)如果这位同学先如(1)中的操作，然后不断改变对小车的拉力 F，他得到 M(小车质量)保持不变情况下的 aF 图线是下图中的_(将选项代号的字母填在横线上)(3)打点计时器使用的交流电频率 f50 Hz.图 345 是某同学在正确操作下获得的一条纸带，A、B、C、D、E 每两点之间还有 4 个点没有标出写出用 s1、s2、s3、s4 以及 f 来表示小车加速度的计算式：a_.根据纸带所提供的数据，算得小车的加速度大小为_m/s2(结果保留两位有效数字)图 345解析：(1)平衡摩擦力的要点是把有打点计时器的那一端适当抬高，给小车一个初速度，小车能匀速下滑，则小车所受摩擦力和小车的重力沿斜面向下的分力平衡，则可认为小车所受绳子的拉力等于小车所受的合外力，达到平衡摩擦力的作用热点 验证牛顿第二定律【例 1】(广东五校 2011 届高三联考)某同学设计了一个探究加速度 a 与物体所受合力 F 及质量 m 关系的实验，图 346 为实验装置简图(交流电的频率为 50 Hz，打点时间间隔为0.02 秒)图 346(1)图 347 为某次实验得到的纸带，根据纸带可求出小车的加速度大小为_m/s2.(保留两位有效数字)图 347(2)保持砂和砂桶质量不变，改变小车质量 m，分别得到小车加速度 a 与质量 m 及对应的数据，如何利用这些数据才能比较直观地确定小车加速度 a 与质量 m 之间的关系呢？_.(3)保持小车质量不变，改变砂和砂桶质量，甲、乙两位同学根据实验数据分别作出了加速度 a 随合力 F 的变化图线如图348 所示图 348 甲中的图线上部出现了弯曲偏离了原来的直线，其主要原因是_图 346 乙中的图线不通过原点，其主要原是_.图 348(2)在验证小车加速度 a 与小车质量 m 的关系时，为使图象更直观，作图时应将横轴用 1/m 表示，即作加速度与小车质量倒数之间的关系图象(3)图348 甲中图线后半段偏离直线是没有满足砂和砂桶的质量要远小于车的质量这个条件造成的；图 348 乙图线存在明显的横截距，说明实验前未平衡摩擦力或平衡摩擦力不充分验证牛顿第二的实验一般都会利用打点计时器和小车来进行，考察的重点是利用纸带运算加速度、平衡摩擦力及误差分析1(2011 年广州一模)用图 349 所示的实验装置来验证牛顿第二定律图 349(1)为清除摩擦力的影响，实验前平衡摩擦力的具体操作为：取下_，把木板不带滑轮的一端适当垫高并反复调节，直到轻推小车后，小车能沿木板做_运动4.01.23.61.12.00.61.40.41.00.3图 3410答案：(1)砂桶匀速直线(2)描点、连线如图 15 所示0.30(0.280.32 均可)图 15热点 2 动力学实验新题型【例 2】(2009 年全国卷)某同学为了探究物体在斜面上运动时摩擦力与斜面倾角的关系，设计实验装置如图 3411.长直平板一端放在水平桌面上，另一端架在一物块上在平板上标出 A、B 两点，B 点处放置一光电门，用光电计时器记录滑块通过光电门时挡光的时间图 3411实验步骤如下：用游标卡尺测量滑块的挡光长度 d，用天平测量滑块的质量 m；用直尺测量 A、B 之间的距离 s，A 点到水平桌面的垂直距离 h1，B 点到水平桌面的垂直距离 h2；将滑块从 A 点静止释放；由光电计时器读出滑块的挡光时间 t；重复步骤 数次，并求挡光时间的平均值 t ；利用所测数据求出摩擦力 f 和斜面倾角的余弦值 cos；多次改变斜面的倾角，重复实验步骤做出 fcos关系曲线(1)用测量的物理量完成下列各式(重力加速度为 g)斜面倾角的余弦 cos_；滑块通过光电门时的速度 v_；滑块运动时的加速度 a_；滑块运动时所受到的摩擦阻力 f_；解析：(1)物块在斜面上做初速度为零的匀加速直线运动，受重力、支持力、滑动摩擦力作用根据三角形关系可得到(2)测量滑块挡光长度的游标卡尺读数如图 3412 所示，读得 d_ .图 3412(2)在游标卡尺中，主尺上是 3.6 cm，在游标尺上恰好是第2 条刻度线与主尺对齐，再考虑到卡尺是 10 分度，所以读数为3.6 cm0.21 mm3.62 cm.2(2010 年浙江温州十校联考)现要测定木块与长木板之间的动摩擦因数，给定的器材如下：一倾角可以调节的长木板(如图 3413)、木块、计时器一个、米尺图 3413(1)填入适当的公式或文字，完善以下实验步骤：让木块从斜面上方一固定点 D 从静止开始下滑到斜面底端 A 处，记下所用的时间 t.用米尺测量 D 与 A 之间的距离 s，则木块的加速度 a_.用米尺测量长木板顶端 B 相对于水平桌面 CA 的高度 h和长木板的总长度 L.设木块所受重力为 mg，木块与长木板之间的动摩擦因数为，则木块所受的合外力 F_.根据牛顿第二定律，可求得动摩擦因数的表达式 _，代入测量值计算求出的值.改变_，重复上述测量和计算求出的平均值(2)在上述实验中，如果用普通的秒表作为计时器，为了减少实验误差，某同学提出了以下的方案：A选用总长度 L 较长的木板B使长木板的倾角尽可能大一点C选用质量较大的木块D使木块从斜面开始下滑的起点 D 离斜面底端更远一些其中合理的意见是_(填写代号)长木板的倾角(或长木板顶端距水平桌面的高度)(2)AD 解析：板 L 较长，测量的相对误差较小，下滑的时间长，测量的相对误差也较小