高三物理一轮复习 实验四《验证牛顿运动定律》课件

实验四实验四验证牛顿运动定律验证牛顿运动定律过程分析导引过程分析导引实验典例精析实验典例精析实验四验证牛顿运动定律实验四验证牛顿运动定律知识要点归纳知识要点归纳知能优化演练知能优化演练知识要点归纳知识要点归纳实验目的实验目的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制变量法，即先控的关系时，应用的基本方法是控制变量法，即先控制一个参量制一个参量小车的质量小车的质量M不变，讨论加速度不变，讨论加速度a与力与力F的关系，再控制砝码和的关系，再控制砝码和小盘的质量不变，即力小盘的质量不变，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、一端附有定滑轮的长木板、小盘、砝码、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、导线、天平夹子、细绳、低压交流电源、导线、天平(带有一套砝码带有一套砝码)、刻度尺、刻度尺过程分析导引过程分析导引一、实验步骤一、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把一端附有滑轮的长木板放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面，把打点计时器把一端附有滑轮的长木板放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面，把打点计时器固定在长木板上远离滑轮的一端，连接好电路固定在长木板上远离滑轮的一端，连接好电路图图3413平衡摩擦力：小车的尾部挂上纸带，纸带穿过打点计时器的限位孔，将木板平衡摩擦力：小车的尾部挂上纸带，纸带穿过打点计时器的限位孔，将木板无滑轮的一端稍微垫高一些，使小车在不挂小盘和砝码的情况下，能沿木板做无滑轮的一端稍微垫高一些，使小车在不挂小盘和砝码的情况下，能沿木板做匀速直线运动这样小车所受重力沿木板的分力与小车所受滑动摩擦力平匀速直线运动这样小车所受重力沿木板的分力与小车所受滑动摩擦力平衡在保证小盘和砝码的质量远小于小车质量的条件下，可以近似认为小盘和衡在保证小盘和砝码的质量远小于小车质量的条件下，可以近似认为小盘和砝码的总重力大小等于小车所受的合外力的大小砝码的总重力大小等于小车所受的合外力的大小4把小车停在打点计时器处，挂上小盘和砝码，先接通电源，再让小车拖着纸把小车停在打点计时器处，挂上小盘和砝码，先接通电源，再让小车拖着纸带在木板上匀加速下滑，打出一条纸带计算小盘和砝码的重力，即为小车所带在木板上匀加速下滑，打出一条纸带计算小盘和砝码的重力，即为小车所受的合外力，由纸带计算出小车的加速度，并把力和对应的加速度记录在纸带受的合外力，由纸带计算出小车的加速度，并把力和对应的加速度记录在纸带上上(或表格中或表格中)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车的质量，让小车在保持小盘内的砝码个数不变，在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总质量木板上滑动打出纸带计算砝码和小车的总质量M，并由纸带计算出小车对应，并由纸带计算出小车对应的加速度的加速度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，所对应的质量和加速度也需记录，所对应的质量和加速度也需记录二、数据处理二、数据处理1把小车在不同力作用下产生的加速度填在下表中：把小车在不同力作用下产生的加速度填在下表中：实验次数实验次数加速度加速度a/(ms2)小车受力小车受力F/N1234由以上数据画出它的由以上数据画出它的aF关系图象如图关系图象如图342所示所示通过通过aF关系图象，我们可以得出小车的加速度关系图象，我们可以得出小车的加速度a与力与力F成正比成正比图图3422把不同质量的小车在相同力作用下产生的加速度填在下表中：把不同质量的小车在相同力作用下产生的加速度填在下表中：实验次数实验次数加速度加速度a/(ms2)小车质量小车质量M/kg1234图图343三、实验中应注意的事项三、实验中应注意的事项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的纸带运动2实验步骤实验步骤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，要使尽可能多的点在所作直线上，不在直线上的点应尽可作图象时，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分布在所作直线两侧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，误差会小些时，坐标点间距不至于过密，误差会小些7为提高测量精度，可以采取下列措施：为提高测量精度，可以采取下列措施：(1)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(2)可以把每打五次点的时间作为时间单位，即从开始点起，每隔四个点标可以把每打五次点的时间作为时间单位，即从开始点起，每隔四个点标出一个计数点，而相邻计数点间的时间间隔为出一个计数点，而相邻计数点间的时间间隔为T0.1秒秒四、误差分析及实验改进四、误差分析及实验改进1误差分析误差分析(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，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正式实验一样(比如要挂好纸带、接通打点计时器比如要挂好纸带、接通打点计时器)，匀速运动的标志是打点计时，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器打出的纸带上各点的距离相等2实验改进实验改进本实验中可以用气垫导轨来代替长木板，这样就省去了平衡小车摩擦力的麻烦，本实验中可以用气垫导轨来代替长木板，这样就省去了平衡小车摩擦力的麻烦，小车的加速度也可以利用传感器，借助于计算机来处理小车的加速度也可以利用传感器，借助于计算机来处理实验典例精析实验典例精析(2009年高考上海卷年高考上海卷)如图如图344所示为所示为“用用DIS(位移传感器、数据采集位移传感器、数据采集器、计算机器、计算机)研究加速度和力的关系研究加速度和力的关系”的实验装置的实验装置实验原理和误差分析实验原理和误差分析图图344(1)在该实验中必须采用控制变量法，应保持在该实验中必须采用控制变量法，应保持_不变，用钩码所受的重力不变，用钩码所受的重力作为作为_，用，用DIS测小车的加速度测小车的加速度(2)改变所挂钩码的数量，多次重复测量在某次实验中根据测得的多组数据可改变所挂钩码的数量，多次重复测量在某次实验中根据测得的多组数据可画出画出aF关系图线关系图线(如图如图345所示所示)图图345分析此图线的分析此图线的OA段可得出的实验结论是段可得出的实验结论是_.(单选题单选题)此图线的此图线的AB段明显偏离直线，造成此误差的主要原因是段明显偏离直线，造成此误差的主要原因是()A小车与轨道之间存在摩擦小车与轨道之间存在摩擦B导轨保持了水平状态导轨保持了水平状态C所挂钩码的总质量太大所挂钩码的总质量太大D所用小车的质量太大所用小车的质量太大【答案答案】(1)小车的总质量小车的总质量(或：小车的质量或：小车的质量)小车所受外力小车所受外力(或：外力、合外力或：外力、合外力)(2)在质量不变的条件下，加速度与合外力成正比在质量不变的条件下，加速度与合外力成正比C(2011年成都模拟年成都模拟)某实验小组利用如图某实验小组利用如图346所示的实验装置来探究当所示的实验装置来探究当合外力一定时，物体运动的加速度与其质量之间的关系合外力一定时，物体运动的加速度与其质量之间的关系实验数据的处理实验数据的处理图图346(1)由图由图346中刻度尺读出两个光电门中心之间的距离中刻度尺读出两个光电门中心之间的距离x24cm，由图，由图347中游标卡尺测得遮光条的宽度中游标卡尺测得遮光条的宽度d_cm.该实验小组在做实验时，将滑块该实验小组在做实验时，将滑块从图从图346所示位置由静止释放，由数字计时器可以读出遮光条通过光电门所示位置由静止释放，由数字计时器可以读出遮光条通过光电门1的时间的时间t1，遮光条通过光电门，遮光条通过光电门2的时间的时间t2，则滑块经过光电门，则滑块经过光电门1时的瞬时速度的时的瞬时速度的表达式表达式v1_，滑块经过光电门，滑块经过光电门2时的瞬时速度的表达式时的瞬时速度的表达式v2_，则滑块的加速度的表达式则滑块的加速度的表达式a_.(以上表达式均用字母表示以上表达式均用字母表示)图图347(2)在本次实验中，实验小组通过改变滑块质量总共做了在本次实验中，实验小组通过改变滑块质量总共做了6组实验，得到如表所示组实验，得到如表所示的实验数据通过分析表中数据后，你得出的结论是的实验数据通过分析表中数据后，你得出的结论是_m(g)a(m/s2)2502.023001.653501.334001.255001.008000.63(3)现需通过图象进一步验证你的结论，请利用表格数据，在图现需通过图象进一步验证你的结论，请利用表格数据，在图347所示坐标所示坐标系中描点作出相应图象系中描点作出相应图象【解析解析】(1)由图可知：由图可知：d5mm0.1mm25.2mm0.52cm.图图348(2)在合外力不变的情况下，物体运动的加速度跟物体的质量成反比，当合外力在合外力不变的情况下，物体运动的加速度跟物体的质量成反比，当合外力一定时，在误差允许的范围内，物体质量和加速度的乘积近似相等一定时，在误差允许的范围内，物体质量和加速度的乘积近似相等(3)如图如图348所示所示知能优化演练知能优化演练本部分内容讲解结束本部分内容讲解结束点此进入课件目录点此进入课件目录按按ESC键退出全屏播放键退出全屏播放谢谢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