高考物理創(chuàng)新案例(人教版)實驗四 驗證牛頓第二定律ppt

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,歡迎進入物理課堂,一、實驗?zāi)康?．學(xué)會用控制變量法研究物理規(guī)律．2．探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系．3．掌握靈活運用圖象處理問題的方法．,二、實驗原理控制變量法：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，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)中研究問題時經(jīng)常采用的方法．本實驗中，研究的參量為F、m和a，可以控制參量m一定，研究a與F的關(guān)系，也可控制參量F一定，研究a與m的關(guān)系．,三、實驗器材電磁打點計時器、復(fù)寫紙片和紙帶、一端有定滑輪的長木板、小車、小盤、低壓交流電源、天平、砝碼、刻度尺、導(dǎo)線．,四、實驗操作1．實驗步驟(如圖實－4－1),(1)用天平測量小盤的質(zhì)量m0和小車的質(zhì)量M0.(2)把一端附有滑輪的長木板放在實驗桌上，并使滑輪伸出桌面，把打點計時器固定在長木板上遠離滑輪的一端，連接好電路．(3)平衡摩擦力：小車的尾部掛上紙帶，紙帶穿過打點計時器的限位孔，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動．這樣小車所受重力沿木板的分力與小車所受摩擦力平衡．在保證小盤和砝碼的質(zhì)量遠小于小車,質(zhì)量的條件下，可以近似認為小盤和砝碼的總重力大小等于小車所受的合外力的大小．(4)把小車停在打點計時器處，掛上小盤和砝碼，先接通電源，再讓小車拖著紙帶在木板上勻加速下滑，打出一條紙帶．(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．(7)改變小車上砝碼的個數(shù)，重復(fù)步驟6.,2．數(shù)據(jù)處理(1)計算保持小車質(zhì)量不變時，各次小盤和砝碼的重力(作為小車的合力)及對應(yīng)紙帶的加速度填入表(一)中．表(一),(2)計算保持小盤內(nèi)的砝碼個數(shù)不變時，各次小車和砝碼的總質(zhì)量及對應(yīng)紙帶的加速度，填入表(二)中．表(二),五、注意事項1．在實驗中，小車所受的摩擦力是造成系統(tǒng)誤差的一個重要因素．減小這種誤差的方法是在長木板的一端墊上小木塊，使其適當傾斜，利用小車重力沿斜面方向的分力平衡摩擦力．2．判斷小車是否做勻速直線運動，一般可目測，必要時可以打一條紙帶，看上面各點間的距離是否相等．,3．在本實驗中，由于兩顆小車輪子的靈活程度可能不相同，所受的摩擦力也可能不相等，平衡摩擦力就有困難．應(yīng)該盡可能選取光滑的長木板進行實驗，以減小因摩擦而造成的系統(tǒng)誤差．4．安裝器材時，要調(diào)整滑輪的高度，使拴小車的細繩與斜面平行，且連接小車和砝碼盤應(yīng)在平衡摩擦力之后．,7．改變小車的質(zhì)量或拉力的大小時，改變量應(yīng)盡可能大一些，但應(yīng)滿足砝碼盤和盤內(nèi)砝碼的總質(zhì)量遠小于小車和車上砝碼的總質(zhì)量．一般來說，砝碼盤和盤內(nèi)砝碼的總質(zhì)量不超過小車和車上砝碼總質(zhì)量的10%.8．稱量物體的質(zhì)量時，應(yīng)遵守天平的操作規(guī)則．,六、誤差分析1．摩擦力平衡不準確、質(zhì)量測量不準確、計數(shù)點間距測量不準確、紙帶和細繩不嚴格與木板平行都會引起誤差．2．因?qū)嶒炘聿煌晟圃斐烧`差，本實驗中用小盤和盤中砝碼的總重力代替小車受到的拉力(實際上小車受到的拉力要小于小盤和盤中砝碼的總重力)，存在系統(tǒng)誤差．,[例1]在“驗證牛頓運動定律”的實驗中，按實驗要求安裝好器材后，應(yīng)按一定步驟進行實驗，下述操作步驟的安排順序不盡合理，請將合理的順序填寫在下面的橫線上：____________________(填字母代號)．A．保持重物的質(zhì)量不變，在小車里加砝碼，測出加速度，重復(fù)幾次B．保持小車質(zhì)量不變，改變重物的質(zhì)量，測出加速度，重復(fù)幾次C．用天平測出小車和重物的質(zhì)量,解析：利用控制變量法和逐差法分析紙帶求加速度，最后處理實驗數(shù)據(jù)，合理的操作順序應(yīng)為DCEABF或DCEBAF.,答案：見解析,[例2](2011成都模擬)某實驗小組利用如圖實－4－2所示的實驗裝置來探究當合外力一定時，物體運動的加速度與其質(zhì)量之間的關(guān)系．(),(1)由圖中刻度尺讀出兩個光電門中心之間的距離x＝24cm，由圖實－4－3中游標卡尺測得遮光條的寬度d＝________cm.該實驗小組在做實驗時，將滑塊從圖實－4－2所示位置由靜止釋放，由數(shù)字計時器可以讀出遮光條通過光電門1的時間Δt1，遮光條通過光電門2的時間Δt2，則滑塊經(jīng)過光電門1時的瞬時速度的表達式v1＝________，滑塊經(jīng)過光電門2時的瞬時速度的表達式v2＝________，則滑塊的加速度的表達式a＝________.(以上表達式均用字母表示),(2)在本次實驗中，實驗小組通過改變滑塊質(zhì)量總共做了6組實驗，得到如表所示的實驗數(shù)據(jù)．通過分析表中數(shù)據(jù)后，你得出的結(jié)論是__________________.,(3)現(xiàn)需通過圖象進一步驗證你的結(jié)論，請利用表格數(shù)據(jù)，在圖實－4－4坐標系中描點作出相應(yīng)圖象．,(2)在合外力不變的情況下，在誤差允許的范圍內(nèi)，物體運動的加速度跟物體的質(zhì)量成反比．(3)如圖實－4－5所示,1．關(guān)于“驗證牛頓運動定律”的實驗，下列說法中符合實際的是()A．通過同時改變小車的質(zhì)量m及受到的拉力F的研究，能歸納出加速度、力、質(zhì)量三者之間的關(guān)系B．通過保持小車質(zhì)量不變，只改變小車的拉力的研究，就可以歸納出加速度、力、質(zhì)量三者之間的關(guān)系,C．通過保持小車受力不變，只改變小車質(zhì)量的研究，就可以得出加速度、力、質(zhì)量三者之間的關(guān)系D．先不改變小車質(zhì)量，研究加速度與力的關(guān)系；再不改變受力，研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系，最后歸納出加速度、力、質(zhì)量三者之間的關(guān)系,解析：驗證牛頓運動定律的實驗，是利用控制變量法，探究加速度a與合外力F、物體質(zhì)量m的關(guān)系，故D項正確．,答案：D,2．(2011宿州模擬)如圖實－4－6所示，在探究牛頓運動定律的演示實驗中，若1、2兩個相同的小車所受拉力分別為F1、F2，車中所放砝碼的質(zhì)量分別為m1、m2，打開夾子后經(jīng)過相同的時間兩車的位移分別為x1、x2，則在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，有(),A．當m1＝m2、F1＝F2時，x1＝2x2B．當m1＝m2、F1＝2F2時，x2＝2x1C．當m1＝2m2、F1＝F2時，x1＝2x2D．當m1＝2m2、F1＝F2時，x2＝2x1,答案：D,3．如圖實－4－7(甲)所示為實驗中用打點計時器打出的一條較理想的紙帶，紙帶上A、B、C、D、E、F、G為七個相鄰的計數(shù)點，相鄰計數(shù)點間的時間間隔是0.1s，距離如圖，單位是cm，小車的加速度是________m/s2.在驗證質(zhì)量一定時，加速度a和合外力F的關(guān)系時，某學(xué)生根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出了如圖(乙)所示的a－F圖象，該圖線不過原點，其原因是______________________________________________________________________________.,答案：1.59平衡摩擦力過度,4．如圖實－4－8為“用DIS(位移傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計算機)研究加速度與力的關(guān)系”的實驗裝置．,(1)在該實驗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．在某次實驗中根據(jù)測得的多組數(shù)據(jù)可畫出a－F關(guān)系圖線(如圖實－4－9所示)．①分析此圖線的OA段可得出的實驗結(jié)論是_______________________________________________________________.,②(單選題)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)小車的總質(zhì)量(或：小車的質(zhì)量)小車所受外力(或：外力、合外力)(2)①在質(zhì)量不變的條件下，加速度與合外力成正比②C,5．在驗證牛頓第二定律的實驗中，采用如圖實－4－10所示的實驗裝置，小車及車中砝碼的質(zhì)量用M表示，盤及盤中砝碼的質(zhì)量用m表示，小車的加速度可由小車后拖動的紙帶由打點計時器打上的點計算出．(1)當M與m的大小關(guān)系滿足________時，才可以認為繩對小車的拉力大小等于盤及盤中砝碼的重力．,(2)一同學(xué)在做加速度與質(zhì)量的關(guān)系實驗時，保持盤及盤中砝碼的質(zhì)量一定，改變小車及車中砝碼的質(zhì)量，測出相應(yīng)的加速度，采用圖象法處理數(shù)據(jù)．為了比較容易地確定出加速度a與質(zhì)量M的關(guān)系，應(yīng)該作a與________的圖象．(3)如圖實－4－11(a)所示為甲同學(xué)根據(jù)測量數(shù)據(jù)作出的a－F圖線，說明實驗存在的問題是______________________．,(4)乙、丙同學(xué)用同一裝置做實驗，畫出了各自得到的a－F圖線如圖實－4－11(b)所示，兩個同學(xué)做實驗時的哪一個物理量取值不同？________________________________________________________________________.,(4)乙、丙同學(xué)用同一裝置做實驗，畫出了各自得到的a－F圖線，兩圖象的斜率不同，說明兩個同學(xué)做實驗時的小車及車上砝碼的總質(zhì)量不同．,答案：(1)M?m(2)1/M(3)沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不夠(4)小車及車上的砝碼的總質(zhì)量不同,6．(2010江蘇高考)為了探究受到空氣阻力時，物體運動速度隨時間的變化規(guī)律，某同學(xué)采用了“加速度與物體質(zhì)量、物體受力關(guān)系”的實驗裝置(如圖實－4－12所示)．實驗時，平衡小車與木板之間的摩擦力后，在小車上安裝一薄板，以增大空氣對小車運動的阻力．,(1)往砝碼盤中加入一小砝碼，在釋放小車________(選填“之前”或“之后”)接通打點計時器的電源，在紙帶上打出一系列的點．(2)從紙帶上選取若干計數(shù)點進行測量，得出各計數(shù)點的時間t與速度v的數(shù)據(jù)如下表：,請根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出小車的v－t圖象．,(3)通過對實驗結(jié)果的分析，該同學(xué)認為：隨著運動速度的增加，小車所受的空氣阻力將變大．你是否同意他的觀點？請根據(jù)v－t圖象簡要闡述理由．,解析：本題主要考查基本儀器的使用和實驗數(shù)據(jù)的處理，意在考查考生的探究能力和運用圖象法處理數(shù)據(jù)的能力．(1)打點計時器的使用是先接通電源，再松開紙帶，所以應(yīng)在釋放小車之前接通打點計時器．(2)根據(jù)t軸上的比例標度取每一大格為0.5s；根據(jù)速度v的數(shù)據(jù)，v軸上的比例標度取每一大格為0.05m/s；然后描點、光滑連線，得到一條斜率越來越小的曲線．(3)因為斜率表示小車加速度的大小，斜率越來越小，說明小車的加速度越來越小，根據(jù)牛頓第二定律得出小車所受的阻力越來越大，因此同意該同學(xué)的觀點．,答案：(1)之前(2)如圖所示,(3)同意．在v－t圖象中，速度越大時，加速度越小，小車受到的合力越小，則小車受空氣阻力越大．,同學(xué)們,來學(xué)校和回家的路上要注意安全,同學(xué)們,來學(xué)校和回家的路上要注意安全,