高考物理一輪復(fù)習(xí) 3.4實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證牛頓第二定律同步課件.ppt

第4講實(shí)驗(yàn) 驗(yàn)證牛頓第二定律 一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 學(xué)會(huì)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(yùn)用圖象處理問(wèn)題的方法 二 實(shí)驗(yàn)原理控制變量法 在所研究的問(wèn)題中 有兩個(gè)以上的參量在發(fā)生牽連變化時(shí) 可以控制某個(gè)或某些量不變 只研究其中兩個(gè)量之間的變化關(guān)系的方法 這也是物理學(xué)中研究問(wèn)題時(shí)經(jīng)常采用的方法 本實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)器材電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 復(fù)寫(xiě)紙片和紙帶 一端有定滑輪的長(zhǎng)木板 小車(chē) 小盤(pán) 低壓交流電源 天平 砝碼 刻度尺 導(dǎo)線 四 實(shí)驗(yàn)操作1 實(shí)驗(yàn)步驟 1 用天平測(cè)出小車(chē)和小盤(pán)的質(zhì)量m和m 把數(shù)值記錄下來(lái) 2 按照如圖實(shí) 4 1所示裝置把實(shí)驗(yàn)器材安裝好 只是不把懸掛小盤(pán)的細(xì)線系在小車(chē)上 即不給小車(chē)加牽引力 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(chē)在斜面上運(yùn)動(dòng)時(shí)可以保持勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 這時(shí)小車(chē)拖著紙帶運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的摩擦力恰好與小車(chē)所受重力在斜面方向上的分力平衡 4 把細(xì)繩系在小車(chē)上并繞過(guò)滑輪懸掛小盤(pán) 先接通電源再放開(kāi)小車(chē) 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一系列的點(diǎn) 打點(diǎn)完成后切斷電源 取下紙帶 在打點(diǎn)紙帶上標(biāo)上紙帶號(hào)碼 5 保持小車(chē)及車(chē)內(nèi)砝碼的質(zhì)量不變 在小盤(pán)內(nèi)放入質(zhì)量為m 的砝碼 重復(fù)步驟4 在小盤(pán)內(nèi)分別放入質(zhì)量為m m 的砝碼 再重復(fù)步驟4 m m m 的數(shù)值都要記錄在紙帶上 或表格內(nèi) 6 在每條紙帶上都選取一段比較理想的部分 標(biāo)明計(jì)數(shù)點(diǎn) 測(cè)量計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離 算出每條紙帶上的加速度的值 7 用縱坐標(biāo)表示加速度 橫坐標(biāo)表示力 根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果在坐標(biāo)平面上畫(huà)出相應(yīng)的點(diǎn) 若這些點(diǎn)在一條直線上 便證明了加速度與作用力成正比 8 保持砝碼和小盤(pán)的質(zhì)量不變 在小車(chē)上依次加砝碼 也需作好記錄 重復(fù)上述步驟 用縱坐標(biāo)表示加速度a 橫坐標(biāo)表示小車(chē)與砝碼的總質(zhì)量的倒數(shù) 在坐標(biāo)平面上根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果畫(huà)出相應(yīng)的點(diǎn) 如果這些點(diǎn)在一條直線上 就證明加速度與質(zhì)量成反比 2 數(shù)據(jù)處理 1 把小車(chē)在不同力作用下產(chǎn)生的加速度填在下表中 由以上數(shù)據(jù)畫(huà)出它的a f關(guān)系圖象如圖實(shí) 4 2所示 通過(guò)a f關(guān)系圖象 我們可以得出小車(chē)的加速度a與力f成正比 圖實(shí) 4 2 2 把不同質(zhì)量 小車(chē)與車(chē)內(nèi)砝碼的總質(zhì)量 的小車(chē)在相同力作用下產(chǎn)生的加速度填在下表中 由以上數(shù)據(jù)畫(huà)出它的a m圖象及a 圖象 如圖實(shí) 4 3甲 乙所示 圖實(shí) 4 3 通過(guò)a m和a 關(guān)系圖象 我們可以得出小車(chē)的加速度a與質(zhì)量m成反比 與質(zhì)量的倒數(shù)成正比 五 注意事項(xiàng)1 在實(shí)驗(yàn)中 小車(chē)所受的摩擦力是造成系統(tǒng)誤差的一個(gè)重要因素 減小這種誤差的方法是在長(zhǎng)木板的一端墊上小木塊 使其適當(dāng)傾斜 利用小車(chē)重力沿斜面方向的分力平衡摩擦力 2 判斷小車(chē)是否做勻速直線運(yùn)動(dòng) 一般可目測(cè) 必要時(shí)可以打一條紙帶 看上面各點(diǎn)間的距離是否相等 3 在本實(shí)驗(yàn)中 由于兩顆小車(chē)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(zhǎng)木板進(jìn)行實(shí)驗(yàn) 以減小因摩擦而造成的系統(tǒng)誤差 4 安裝器材時(shí) 要調(diào)整滑輪的高度 使拴小車(chē)的細(xì)繩與斜面平行 且連接小車(chē)和砝碼盤(pán)應(yīng)在平衡摩擦力之后 5 為使所作的a f圖象和a 圖象趨于精確 每個(gè)圖都要求至少取5條以上的紙帶 取一條紙帶時(shí) 要同時(shí)在紙帶上記錄相應(yīng)的小車(chē)受的拉力和小車(chē)質(zhì)量的數(shù)據(jù) 并編號(hào)填表 6 描點(diǎn)作圖時(shí) 應(yīng)使盡可能多的點(diǎn)落在直線上 其余的點(diǎn)均勻分布在直線的兩側(cè) 舍去個(gè)別誤差較大的點(diǎn) 7 改變小車(chē)的質(zhì)量或拉力的大小時(shí) 改變量應(yīng)盡可能大一些 但應(yīng)滿足砝碼盤(pán)和盤(pán)內(nèi)砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車(chē)和車(chē)上砝碼的總質(zhì)量 一般來(lái)說(shuō) 砝碼盤(pán)和盤(pán)內(nèi)砝碼的總質(zhì)量不超過(guò)小車(chē)和車(chē)上砝碼總質(zhì)量的10 8 稱量物體的質(zhì)量時(shí) 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(zhǔn)確 質(zhì)量測(cè)量不準(zhǔn)確 計(jì)數(shù)點(diǎn)間距測(cè)量不準(zhǔn)確 紙帶和細(xì)繩不嚴(yán)格與木板平行都會(huì)引起誤差 2 因?qū)嶒?yàn)原理不完善造成誤差 本實(shí)驗(yàn)中用小盤(pán)和盤(pán)中砝碼的總重力代替小車(chē)受到的拉力 實(shí)際上小車(chē)受到的拉力要小于小盤(pán)和盤(pán)中砝碼的總重力 存在系統(tǒng)誤差 例1 在 驗(yàn)證牛頓運(yùn)動(dòng)定律 的實(shí)驗(yàn)中 按實(shí)驗(yàn)要求安裝好器材后 應(yīng)按一定步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn) 下述操作步驟的安排順序不盡合理 請(qǐng)將合理的順序填寫(xiě)在下面的橫線上 填字母代號(hào) a 保持重物的質(zhì)量不變 在小車(chē)?yán)锛禹来a 測(cè)出加速度 重復(fù)幾次b 保持小車(chē)質(zhì)量不變 改變重物的質(zhì)量 測(cè)出加速度 重復(fù)幾次c 用天平測(cè)出小車(chē)和重物的質(zhì)量d 平衡摩擦力 使小車(chē)近似做勻速直線運(yùn)動(dòng)e 掛上重物 放進(jìn)砝碼 接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源 放開(kāi)小車(chē) 在紙帶上打下一系列的點(diǎn)f 根據(jù)測(cè)量的數(shù)據(jù) 分別畫(huà)出a f和a 圖線 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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 合理的操作順序應(yīng)為dceabf或dcebaf 答案 見(jiàn)解析 例2 探究加速度與物體質(zhì)量 物體受力的關(guān)系 的實(shí)驗(yàn)裝置如圖實(shí) 4 4甲所示 圖實(shí) 4 4 1 在平衡小車(chē)與桌面之間摩擦力的過(guò)程中 打出了一條紙帶如圖乙所示 計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的時(shí)間間隔為0 02s 從比較清晰的點(diǎn)起 每5個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn) 量出相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的距離 該小車(chē)的加速度a m s2 結(jié)果保留兩位有效數(shù)字 2 平衡摩擦力后 將5個(gè)相同的砝碼都放在小車(chē)上 掛上砝碼盤(pán) 然后每次從小車(chē)上取一個(gè)砝碼添加到砝碼盤(pán)中 測(cè)量小車(chē)的加速度 小車(chē)的加速度a與砝碼盤(pán)中砝碼總重力f的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表 請(qǐng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出a f的關(guān)系圖象 圖實(shí) 4 5 3 根據(jù)提供的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出的a f圖線不通過(guò)原點(diǎn) 請(qǐng)說(shuō)明主要原因 解析 1 a m s2 0 16m s2或a m s2 0 15m s2 2 如圖