高考物理一輪復(fù)習(xí) 3實(shí)驗(yàn)四驗(yàn)證牛頓運(yùn)動(dòng)定律課件 滬科版必修1.ppt

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實(shí) 驗(yàn) 四 驗(yàn)證牛頓運(yùn)動(dòng)定律,【實(shí)驗(yàn)過程】 一、實(shí)驗(yàn)步驟 1.稱量質(zhì)量——用天平測(cè)量小盤的質(zhì)量m0和小車的質(zhì)量M0。 2.安裝器材——按照如圖所示裝置把實(shí)驗(yàn)器材安裝好,只是不把懸掛小盤的細(xì)繩系在小車上(即不給小車牽引力)。,3.平衡摩擦力——在長(zhǎng)木板的不帶定滑輪的一端下面墊上一塊薄木塊,反復(fù)移動(dòng)薄木塊的位置,直至小車在斜面上運(yùn)動(dòng)時(shí)可以保持勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。 4.讓小車靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,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。計(jì)算小盤和砝碼的重力,即為小車所受的合外力,由紙帶計(jì)算出小車的加速度,并把力和對(duì)應(yīng)的加速度填入表1中。,5.改變小盤內(nèi)砝碼的個(gè)數(shù),重復(fù)步驟4,并多做幾次。 6.保持小盤內(nèi)的砝碼個(gè)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(dòng)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(duì)應(yīng)的加速度,并將所對(duì)應(yīng)的質(zhì)量和加速度填入表2中。,7.改變小車上砝碼的個(gè)數(shù),重復(fù)步驟6,并多做幾次。 表1,表2,二、數(shù)據(jù)處理 1.計(jì)算加速度——先在紙帶上標(biāo)明計(jì)數(shù)點(diǎn),測(cè)量各計(jì)數(shù)點(diǎn)間的 距離,根據(jù)逐差法計(jì)算各條紙帶對(duì)應(yīng)的加速度。 2.作圖像找關(guān)系——根據(jù)記錄的各組對(duì)應(yīng)的加速度a與小車所 受牽引力F,建立直角坐標(biāo)系,描點(diǎn)畫a -F圖像,如果圖像是一條 過原點(diǎn)的傾斜直線,便證明加速度與作用力成正比。再根據(jù)記 錄的各組對(duì)應(yīng)的加速度a與小車和砝碼總質(zhì)量M,建立直角坐標(biāo) 系,描點(diǎn)畫a - 圖像,如果圖像是一條過原點(diǎn)的傾斜直線,就 證明了加速度與質(zhì)量成反比。,【誤差分析】 1.因?qū)嶒?yàn)原理不完善引起誤差。以小車、小盤和砝碼整體為 研究對(duì)象得mg=(M+m)a;以小車為研究對(duì)象得F=Ma;求得 本實(shí)驗(yàn)用小盤和砝碼的總重力mg代替小車的拉力,而實(shí)際上小車所受的拉力要小于小盤和砝碼的總重力。小盤和砝碼的總質(zhì)量越小于小車的質(zhì)量,由此引起的誤差就越小。因此,滿足小盤和砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量的目的就是減小因?qū)嶒?yàn)原理不完善而引起的誤差。,2.摩擦力平衡不準(zhǔn)確造成誤差。在平衡摩擦力時(shí),除了不掛小盤外,其他的均與正式實(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(dòng)的標(biāo)志是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶上各相鄰兩點(diǎn)間的距離相等。 3.質(zhì)量的測(cè)量誤差、紙帶上打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)間隔距離的測(cè)量誤差、細(xì)繩或紙帶不與木板平行等都會(huì)引起誤差。,【注意事項(xiàng)】 1.平衡摩擦力：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,且要讓小車拖著紙帶勻速運(yùn)動(dòng)。 2.不重復(fù)平衡摩擦力：整個(gè)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,都不需要重新平衡摩擦力。 3.實(shí)驗(yàn)條件：每條紙帶都必須在滿足小車的質(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。,4.一先一后一按?。焊淖兝托≤囐|(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)定滑輪前按住小車。 5.作圖：作圖時(shí),兩坐標(biāo)軸的比例要適當(dāng),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(duì)稱地分布在所作直線兩側(cè)。,【實(shí)驗(yàn)改進(jìn)】 本實(shí)驗(yàn)中可以用氣墊導(dǎo)軌來代替長(zhǎng)木板,這樣就省去了平衡摩擦力的麻煩,小車的加速度也可以利用傳感器來測(cè)量,借助于計(jì)算機(jī)來處理。,熱點(diǎn)1 實(shí)驗(yàn)原理與注意事項(xiàng) 【典題1】(2014·東莞模擬)使用如圖所示的氣墊導(dǎo)軌裝置探究加速度與力的關(guān)系。其中G1、G2為兩個(gè)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Δt1、Δt2都可以被測(cè)量并記錄,滑行器連同上面固定的條形擋光片的總質(zhì)量為M,擋光片寬度為D,光電門之間的距離為s,牽引砝碼的質(zhì)量為m?；卮鹣铝袉栴}：,(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=0.4kg,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(gè)是 。 A.m1=5g B.m2=15g C.m3=40g D.m4=400g (3)在此實(shí)驗(yàn)中,需要測(cè)得每一個(gè)牽引力對(duì)應(yīng)的加速度,求得的加速度的表達(dá)式為 。(用Δt1、Δt2、D、s表示),【解題探究】 (1)如果氣墊導(dǎo)軌水平,則不掛牽引砝碼時(shí),滑行器應(yīng)處于什么狀態(tài)? 提示：如果氣墊導(dǎo)軌水平,則不掛牽引砝碼時(shí),滑行器應(yīng)處于靜止?fàn)顟B(tài),或輕推滑行器后滑行器能處于勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。 (2)實(shí)驗(yàn)時(shí)滿足什么條件,滑行器所受的合外力近似等于牽引砝碼的重力? 提示：當(dāng)M?m時(shí),滑行器所受的合外力近似等于牽引砝碼的重力。,(3)滑行器加速度的求解： ①滑行器通過光電門G1的速度：________; ②滑行器通過光電門G2的速度：________; ③滑行器經(jīng)過位移s的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程：____________。,【解析】(1)如果氣墊導(dǎo)軌水平，則不掛牽引砝碼時(shí)，滑行 器應(yīng)能在任意位置靜止不動(dòng)，或輕推滑行器后滑行器能勻 速運(yùn)動(dòng)。 (2)應(yīng)滿足M?m，故m4＝400 g不合適。 (3)由v1＝ ，v2＝ ，v22－v12＝2as， 可得：,答案：(1)取下牽引砝碼,滑行器放在任意位置都不動(dòng);或取下 牽引砝碼,輕推滑行器,數(shù)字計(jì)時(shí)器記錄的每一個(gè)光電門的光 束被擋的時(shí)間Δt都相等 (2)D (3),熱點(diǎn)2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理 【典題2】(2013·天津高考)某實(shí)驗(yàn)小組利用圖示的裝置探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系。,(1)下列做法正確的是( ) A.調(diào)節(jié)滑輪的高度,使?fàn)恳緣K的細(xì)繩與長(zhǎng)木板保持平行 B.在調(diào)節(jié)木板傾斜度平衡木塊受到的滑動(dòng)摩擦力時(shí),將裝有砝碼的砝碼桶通過定滑輪拴在木塊上 C.實(shí)驗(yàn)時(shí),先放開木塊再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源 D.通過增減木塊上的砝碼改變質(zhì)量時(shí),不需要重新調(diào)節(jié)木板傾斜度,(2)為使砝碼桶及桶內(nèi)砝碼的總重力在數(shù)值上近似等于木塊運(yùn) 動(dòng)時(shí)受到的拉力,應(yīng)滿足的條件是砝碼桶及桶內(nèi)砝碼的總質(zhì)量 木塊和木塊上砝碼的總質(zhì)量。(選填“遠(yuǎn)大于” “遠(yuǎn)小于”或“近似等于”) (3)甲、乙兩同學(xué)在同一實(shí)驗(yàn)室,各取一套圖示 的裝置放在水平桌面上,木塊上均不放砝碼,在 沒有平衡摩擦力的情況下,研究加速度a與拉力 F的關(guān)系,分別得到圖中甲、乙兩條直線,設(shè)甲、 乙用的木塊質(zhì)量分別為m甲、m乙,甲、乙用的木塊與木板間 的動(dòng)摩擦因數(shù)分別為μ甲、μ乙,由圖可知,m甲 m乙,μ甲 μ乙。(選填“大于”“小于”或“等于”),【解題探究】 (1)實(shí)驗(yàn)中木塊的合外力由誰來提供?如何實(shí)現(xiàn)? 提示：實(shí)驗(yàn)中繩的拉力提供木塊的合外力;而實(shí)驗(yàn)時(shí),木塊會(huì)受到摩擦力的作用,為消除摩擦力的影響,實(shí)驗(yàn)前要在懸掛砝碼桶前平衡摩擦力。,(2)砝碼桶及桶內(nèi)砝碼的總重力在數(shù)值上近似等于木塊運(yùn)動(dòng)時(shí) 受到的拉力的分析： ①對(duì)木塊列牛頓第二定律方程：_____; ②對(duì)砝碼桶及桶內(nèi)砝碼列牛頓第二定律方程：____________; ③請(qǐng)根據(jù)以上兩個(gè)方程寫出拉力F的表達(dá)式,分析拉力近似等 于砝碼桶及桶內(nèi)砝碼的總重力的條件。 提示：解以上兩個(gè)方程得F= ,當(dāng)m′?m時(shí),F=m′g。,F=ma,m′g-F=m′a,(3)在沒有平衡摩擦力的情況下,根據(jù)牛頓第二定律寫出a-F函 數(shù)關(guān)系式,分析圖像中斜率和截距的物理意義。 提示：在沒有平衡摩擦力的情況下,根據(jù)牛頓第二定律F-μmg =ma,得a= F-μg,在a-F圖像中,斜率表示質(zhì)量的倒數(shù) ,a軸 上的截距的絕對(duì)值表示μg。,【解析】(1)選A、D。木塊下滑時(shí),受到重力、細(xì)繩的拉力、支持力和摩擦力,要使拉力等于合力,應(yīng)該使細(xì)繩與長(zhǎng)木板平行且使重力的下滑分量mgsinθ等于摩擦力μmgcosθ,即mgsinθ=μmgcosθ(其中θ為木板的傾角),故平衡摩擦力時(shí),不能懸掛砝碼桶,A正確,B錯(cuò)誤;由平衡摩擦力的公式可知兩邊的質(zhì)量m可以消去,故改變木塊上的砝碼的質(zhì)量時(shí),木塊及其上砝碼的總重力的下滑力仍能和總的摩擦力抵消,不需要重新調(diào)節(jié)木板傾斜度,故D正確;通過紙帶求木塊加速度,要求打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出足夠多的點(diǎn),這就要求將木塊放在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的位置,并且先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,待打點(diǎn)穩(wěn)定后再釋放木塊,故選項(xiàng)C錯(cuò)誤。,(2)實(shí)驗(yàn)中平衡好摩擦力后,繩的拉力提供木塊的合外力即F=ma;砝碼桶及桶內(nèi)砝碼與木塊運(yùn)動(dòng)的加速度相等,由牛頓第二定律得m′g-F=m′a,兩式聯(lián)立得m′g=(m+m′)a,當(dāng)m′?m時(shí),m+m′≈m,m′g≈ma,即當(dāng)m′?m時(shí),砝碼桶及桶內(nèi)砝碼的總重力近似等于木塊運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的拉力,提供木塊的合外力,故應(yīng)選填“遠(yuǎn)小于”。,(3)實(shí)驗(yàn)中如果沒有平衡摩擦力,對(duì)木塊進(jìn)行受力分析,根據(jù)牛 頓第二定律F-μmg=ma,得a= F-μg,即a-F圖像中,斜率表示 質(zhì)量的倒數(shù) ,a軸上的截距的絕對(duì)值表示μg,結(jié)合圖可得m甲 μ乙。 答案：(1)A、D (2)遠(yuǎn)小于 (3)小于 大于,