高考物理新一轮总复习（基础深化+典例透析+高分在握）实验四 验证牛顿第二定律课件.ppt

第二章牛顿运动定律 实验四验证牛顿第二定律 实验目的1 学会用控制变量法研究物理规律 2 验证牛顿第二定律 3 掌握利用图象处理数据的方法 实验原理探究加速度a与力f及质量m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 小车的质量m不变 讨论加速度a与力f的关系 再控制砝码和小盘的质量不变 即力f不变 改变小车质量m 讨论加速度a与m的关系 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 夹子 细绳 低压交流电源 导线 天平 带有一套砝码 刻度尺 实验步骤1 用天平测量小盘的质量m0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 把打点计时器固定在长木板上远离滑轮的一端 连接好电路 3 平衡摩擦力 在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木板 反复移动薄木板的位置 直至小车在斜面上运动时可以保持匀速运动状态 这时小车拖着纸带运动时受到的摩擦力恰好与小车所受重力在斜面方向上的分力平衡 4 把细绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂小盘 小盘里放砝码 先接通电源再放开小车 打点计时器在纸带上打下一系列的点 计算小盘和砝码的重力 在小盘和砝码的质量远小于小车质量的条件下 可以认为等于小车所受的合外力 由纸带计算出小车的加速度 并把力和对应的加速度填入表 一 中 5 改变小盘内砝码的个数 重复步骤4 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的加速度 7 改变小车上砝码的个数 重复步骤6 并将所对应的质量和加速度填入表 二 中 表 一 表 二 数据处理1 由表 一 中数据画出a f关系图象如右图所示 通过a f关系图象 我们可以得出小车的加速度a与力f成正比 2 由表 二 中数据画出a m图象及a m 1 图象 如图甲 乙所示 通过a m和关系图象 我们可以得出小车的加速度a与质量m成反比 与质量的倒数成正比 误差分析1 因实验原理不完善引起的误差以小车 小盘和砝码整体为研究对象得mg m m a 以小车为研究对象得f ma 求得 本实验用小盘和砝码的总重力mg代替小车的拉力 而实际上小车所受的拉力要小于小盘和砝码的总重力 小盘和砝码的总质量越小于小车的质量 由此引起的误差就越小 因此 满足小盘和砝码的总质量远小于小车的质量的目的就是减小因实验原理不完善而引起的误差 3 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 细绳或纸带不与木板平行等都会引起误差 注意事项1 在平衡摩擦力时 不要把悬挂小盘的细绳系在小车上 即不要给小车加任何牵引力 并要让小车拖着纸带做匀速直线运动 2 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力 3 每条纸带都必须在满足小车的质量远大于小盘和砝码的总质量的条件下得出 只有如此 小盘和砝码的总重力才可视为小车受到的拉力 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 并应先接通电源 再放开小车 且应在小车到达定滑轮前按住小车 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能对称地分布在所作直线两侧 6 作图时两轴标度比例要适当 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 7 为提高测量精度 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 2 可以把每打五次点的时间作为时间单位 即从开始点起 每五个点标出一个计数点 则相邻计数点间的时间间隔为t 0 1s 实验改进本实验中可以用气垫导轨来代替长木板 这样就省去了平衡摩擦力的麻烦 小车的加速度也可以利用传感器来测量 借助于计算机来处理 考点一对实验原理及步骤的考查 在验证牛顿第二定律实验中 1 某组同学用如图甲所示装置 采用控制变量的方法 来研究小车质量不变的情况下 小车的加速度与小车受到的力的关系 下列措施中不需要和不正确的是 首先要平衡摩擦力 使小车受到的合力就是细绳对小车的拉力 平衡摩擦力的方法就是 在塑料小桶中添加砝码 使小车能匀速滑动 每次改变拉小车的拉力后都需要重新平衡摩擦力 实验中通过在塑料桶中增加砝码来改变小车受到的拉力 实验中应先放小车 然后再开打点计时器的电源a b c d 2 某组同学实验得出数据 画出a f图象如图乙所示 那么该组同学实验中出现的问题可能是 a 实验中摩擦力没有平衡b 实验中摩擦力平衡过度c 实验中绳子拉力方向没有跟平板平行d 实验中小车质量发生变化 1 为了确保细绳的拉力大小等于小车所受的合力 需要先平衡摩擦力 平衡摩擦力的方法是使木板倾斜 让重力沿斜面向下的分力大小等于小车所受的摩擦力 即满足tan 不需要反复平衡摩擦力 因打点计时器刚开始打点不稳定 需要先接通电源 后放开纸带 选b 2 从图象看 拉力f等于零时 小车的加速度不为零 且加速度为正向值 则有可能是摩擦力平衡过度或拉力的测量值偏小 选b 答案 1 b 2 b 考点一对实验原理及步骤的考查 考点二实验数据处理与误差分析 某学习小组用如图所示装置探究 加速度和力的关系 该小组已经测量了两个光电门间的距离为l 遮光条的宽度为d 遮光条通过两个光电门的时间分别为t1 t2 则 1 小车的实际加速度可以表示为 用题中所给物理量表示 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在坐标纸上画出a f关系的点迹 如图所示 经过分析 发现存在一些问题 产生的主要原因可能是 a 轨道与水平方向夹角太大b 轨道保持了水平状态 没有平衡摩擦力c 所挂钩码的总质量太大 造成上部点迹有向下弯曲趋势d 所用小车的质量太大 造成上部点迹有向下弯曲趋势 1 遮光条通过两个光电门时的速度分别为 根据匀变速直线运动规律 解得小车的实际加速度可以表示为 2 图