高考物理大一輪復習 實驗四 驗證牛頓第二定律課件 新人教版.ppt

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,,,,,考點一 實驗操作及注意事項,考點二 數(shù)據(jù)處理及誤差分析,考點三 創(chuàng)新實驗設計,考 點,高三物理一輪復習,實驗四 驗證牛頓第二定律,實驗目的 1．學會用控制變量法研究物理規(guī)律． 2．驗證牛頓第二定律． 3．掌握利用圖象處理數(shù)據(jù)的方法． 實驗原理 探究加速度a與力F及質量M的關系時，應用的基本方法是控制變量法，即先控制一個參量——小車的質量M不變，討論加速度a與力F的關系，再控制砝碼和小盤的質量不變，即力F不變，改變小車質量M，討論加速度a與M的關系．,實驗器材 打點計時器、紙帶、復寫紙片、小車、一端附有定滑輪的長木板、小盤、砝碼、夾子、細繩、低壓交流電源、導線、天平(帶有一套砝碼)、刻度尺． 實驗步驟 1.用天平測量小盤的質量m0和小車 的質量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：在長木板的不帶定滑輪的一端下面墊上一塊薄木板，反復移動薄木板的位置，直至小車在斜面上運動時可以保持勻速運動狀態(tài)，這時小車拖著紙帶運動時受到的摩擦力恰好與小車所受重力在斜面方向上的分力平衡． 4．把細繩系在小車上并繞過定滑輪懸掛小盤，小盤里放砝碼，先接通電源再放開小車，打點計時器在紙帶上打下一系列的點．計算小盤和砝碼的重力，在小盤和砝碼的質量遠小于小車質量的條件下，可以認為等于小車所受的合外力，由紙帶計算出小車的加速度，并把力和對應的加速度填入表(一)中． 5．改變小盤內砝碼的個數(shù)，重復步驟4，并多做幾次． 6．保持小盤內的砝碼個數(shù)不變，在小車上放上砝碼改變小車的質量，讓小車在木板上滑動打出紙帶．計算砝碼和小車的總質量,M，并由紙帶計算出小車對應的加速度． 7．改變小車上砝碼的個數(shù)，重復步驟6，并將所對應的質量和加速度填入表(二)中． 表(一),表(二),數(shù)據(jù)處理 1．由表(一)中數(shù)據(jù)畫出a－F關系圖象如右圖所示． 通過a－F關系圖象，我們可以得出小車的加速度 a與力F成正比．,,2．摩擦力平衡不準確造成誤差，在平衡摩擦力時，除了不掛小盤外，其他的均與正式實驗一樣(比如要掛好紙帶、接通打點計時器)，勻速運動的標志是打點計時器打出的紙帶上各相鄰兩點間的距離相等． 3．質量的測量誤差、紙帶上打點計時器打點間隔距離的測量誤差、細繩或紙帶不與木板平行等都會引起誤差． 注意事項 1．在平衡摩擦力時，不要把懸掛小盤的細繩系在小車上，即不要給小車加任何牽引力，并要讓小車拖著紙帶做勻速直線運動． 2．整個實驗平衡了摩擦力后，不管以后是改變小盤和砝碼的總質量還是改變小車和砝碼的總質量，都不需要重新平衡摩擦力．,3．每條紙帶都必須在滿足小車的質量遠大于小盤和砝碼的總質量的條件下得出．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．改變拉力和小車質量后，每次開始時小車應盡量靠近打點計時器，并應先接通電源，再放開小車，且應在小車到達定滑輪前按住小車． 5．作圖象時，要使盡可能多的點在所作直線上，不在直線上的點應盡可能對稱地分布在所作直線兩側． 6．作圖時兩軸標度比例要適當，各量須采用國際單位．這樣作圖線時，坐標點間距不至于過密，誤差會小些．,7．為提高測量精度 (1)應舍掉紙帶上開頭比較密集的點，在后邊便于測量的地方找一個起點． (2)可以把每打五次點的時間作為時間單位，即從開始點起，每五個點標出一個計數(shù)點，則相鄰計數(shù)點間的時間間隔為T＝0.1 s.,【例1】 下圖為“驗證牛頓第二定律”的實驗裝置示意圖．砂和砂桶的總質量為m，小車和砝碼的總質量為M.實驗中用砂和砂桶總重力的大小作為細線對小車拉力的大?。?考點一 實驗操作及注意事項,(1)實驗中，為了使細線對小車的拉力等于小車所受的合力，先調節(jié)長木板一端滑輪的高度，使細線與長木板平行．接下來還需要進行的一項操作是 ( ) A．將長木板水平放置，讓小車連著已經穿過打點計時器的紙帶，給打點計時器通電，調節(jié)m的大小，使小車在砂和砂桶的牽引下運動，從打出的紙帶判斷小車是否做勻速運動 B．將長木板的一端墊起適當?shù)母叨?，讓小車連著已經穿過打點計時器的紙帶，撤去砂和砂桶，給打點計時器通電，輕推小車，從打出的紙帶判斷小車是否做勻速運動 C．將長木板的一端墊起適當?shù)母叨?，撤去紙帶以及砂和砂桶，輕推小車，觀察判斷小車是否做勻速運動,答案,B,考點一 實驗操作及注意事項,(2)實驗中要進行質量m和M的選取，以下最合理的一組是 ( ) A．M＝200 g，m＝10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、40 g B．M＝200 g，m＝20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 g C．M＝400 g，m＝10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、40 g D．M＝400 g，m＝20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 g,(1)要使細線對小車的拉力等于小車所受的合力，應將長木板遠離定滑輪的一端墊起，使小車所受重力沿木板向下的分力與小車及紙帶所受摩擦力平衡，B正確． (2)要使砂和砂桶的總重力的大小作為細線對小車拉力的大小，必須使m?M，C正確．,解析,答案,C,考點一 實驗操作及注意事項,(3)下圖是實驗中得到的一條紙帶，A、B、C、D、E、F、G為7個相鄰的計數(shù)點，相鄰的兩個計數(shù)點之間還有四個點未畫出．量出相鄰的計數(shù)點之間的距離分別為：xAB＝4.22 cm、xBC＝4.65 cm、xCD＝5.08 cm、xDE＝5.49 cm，xEF＝5.91 cm、xFG＝6.34 cm.已知打點計時器的工作頻率為50 Hz，則小車的加速度a＝________m/s2(保留兩位有效數(shù)字)．,,解析,答案,圖片顯/隱,0.42,考點一 實驗操作及注意事項,【例2】 (2015吉林實驗中學檢測)某同學設計了一個探究加速度a與物體所受合力F及質量m關系的實驗，圖甲為實驗裝置簡圖．(交流電的頻率為50 Hz) (1)圖乙為某次實驗得到的紙帶，根據(jù)紙帶可求出小車的加速度大小為________m/s2.(保留兩位有效數(shù)字),考點二 數(shù)據(jù)處理及誤差分析,,考點二 數(shù)據(jù)處理及誤差分析,,,解析,考點二 數(shù)據(jù)處理及誤差分析,(3)保持小車質量m不變，改變砂和砂桶質量M，該同學根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出了加速度a隨合力F變化的圖線如圖丁所示．該圖線不通過原點，其主要原因是_____________________________ ___________________________________________________________________________________________________.,,解析,答案,(1)3.2 (2)圖見解析 正比關系 (3)未平衡摩擦力或平衡摩擦力不充分,考點二 數(shù)據(jù)處理及誤差分析,【例3】 (2014高考新課標全國Ⅰ卷)某同學利用圖甲所示實驗裝置及數(shù)字化信息系統(tǒng)獲得了小車加速度a與鉤碼的質量m的對應關系圖，如圖乙所示．實驗中小車(含發(fā)射器)的質量為200 g，實驗時選擇了不可伸長的輕質細繩和輕定滑輪，小車的加速度由位移傳感器及與之相連的計算機得到，回答下列問題：,考點三 創(chuàng)新實驗設計,,考點三 創(chuàng)新實驗設計,(1)根據(jù)該同學的結果，小車的加速度與鉤碼的質量成________(填“線性”或“非線性”)關系． (2)由圖乙可知，a－m圖線不經過原點，可能的原因是__________________ _____________________________________________________________________________________________________.,(1)由描點作圖可知小車的加速度與鉤碼的質量成非線性關系． (2)由圖象可知，當小車加速度為0時，砝碼質量不為0，說明此時存在摩擦力． (3)對小車受力分析，有FT－Ff＝Ma，mg－FT＝ma,解析,考點三 創(chuàng)新實驗設計,(3)若利用本實驗裝置來驗證“在小車質量不變的情況下，小車的加速度與作用力成正比”的結論，并直接以鉤碼所受重力mg作為小車受到的合外力，則實驗中應采取的改進措施是________________，鉤碼的質量應滿足的條件是__________________________ ________________________________．,,解析,答案,(1)非線性 (2)存在摩擦力 (3)調節(jié)軌道的傾斜度以平衡摩擦力 遠小于小車的質量,考點三 創(chuàng)新實驗設計,