13 实验验证牛顿第二定律一 2021届高考物理一轮复习教案(必修一)

1、第三节 实验：验证牛顿第二定律一.复习目标:1.知道实验原理，能正确处理实验数据，得出实验结论并能对结论作出评价。2.进一步熟悉实验过程，掌握实验方法并能处理好实验过程中的注意事项。3.体会控制变量法在问题处理中的作用并提升学生实际动手操作能力。二.复习重难点：1.重点：实验原理、数据处理及注意事项。2.难点：图像法对实验数据的分析处理。三.复习方法:讲授法、实验法、讨论法、练习法，提问法等。四.课时安排：1 课时五.复习过程：1. 请同学们学生自主复习实验目的、实验原理、实验器材、实验步骤、数据处理方法等2. 实验原理（学生自主复习和教师指导相结合）1) 探究 a 与外力 F、质量 m 的关

2、系时的基本方法是控制变量法。a) 先控制小车的质量 m 不变，探究加速度 a 与外力 F 的关系；b) 再控制外力 F 不变，探究加速度 a 与质量 m 的关系。2) 在探究加速度 a 与外力 F 的关系时，在沙和沙桶的总质量远小于小车的质量的前提下，可认为沙和沙桶的总重力大小约为小车滑轮细线小车打点计时器纸带受到的拉力大小，通过改变沙的沙临泉花木公司生产重量改变小车受到的拉力；在探 究加速度 a 与质量 m 关系时，和沙桶长木板通过改变小车上放置的砝码个数 改变质量.实验装置如图（1）所示。3) 本实验需要测量的物理量图(1)探究加速度 a 与外力 F 的关系时，需要测量加速度 a 和外力

3、F；探究加速度 a 与质量 m 的关系时需要测量加速度 a 和小车的总质量a) 怎样测加速度？（学生交流讨论）b) 怎样测外力 F？（学生交流讨论）为了使实验操作方便简洁，创造实验条件使小车受到的合力为细绳下端物体的重力， 需要平衡摩擦力和沙和沙桶的总质量远小于小车的质量。满足实验条件后只需利用天平测 出沙和沙桶的总质量即可得到其重力。- 1 - / 60 01 c) 想一想怎样测小车的总质量？怎样平衡摩擦力？3. 实验器材：打点计时器，纸带及复写纸，小车，一端附有滑轮的长木板，小桶，沙，细绳，低压交 流电源，两根导线，天平，刻度尺，砝码4. 实验步骤：1) 用天平测出小车和小桶的质量 M 和

4、 m ，把数值记录下来2) 按图(1)所示把实验器材安装好并平衡摩擦力，即在长木板的不带滑轮的一端下面垫上一块 薄木板，反复移动其位置，直至不挂沙桶的小车刚好在斜面上保持匀速运动为止3) 用天平称量适量的沙 m ，放入沙桶，把小车停在打点计时器处，先接通电源后放开小车，打 出一条纸带，计算沙和沙桶的总重力，即为小车受到的合力，由纸带计算出小车的加速度， 并把力和相应的加速度填入表(一)表(一)次数合力 F/N 加速度 a/m/s21 2 3 4 5 64) 保持小车的质量不变，改变沙桶中的沙量，重复步骤(3)。5) 保持沙和沙桶的总重力不变，在小车上放上砝码，打出纸带。计算砝码和小车的质量及对

5、应 的加速度，填入表(二)表(二)次数 小车总质量 m/kg 加速度 a/m/s21 2 3 4 5 66) 改变小车上的砝码的个数，重复步骤(5)7) 整理实验器材5. 实验数据的分析处理：1)图像法处理表(一)、表(二)中的数据在直角坐标系中描点作 aF 的图像，如果图像是一条过原点的直线，则说明加速度与物 体的合力 F 成正比；同样，在直角坐标系中描点作 a1/M的图像，如果图像是一条过原点的 直线，则说明加速度 a 与物体的质量 m 成反比2)实验结论(官方语言)：在误差允许的范围内，物体的加速度与合力成正比与物体的质量成反比 6. 误差分析：1)系统误差：实验中要求沙和沙桶的总质量远

6、小于小车的质量时，其重力近似等于小车受到的- 2 - / 6拉力，严格的理论分析可知这个重力略大于小车受的拉力2)偶然误差：主要是测量误差，如质量的测量，加速度的测量和计算等7.注意事项：1)在本实验中，必须平衡摩擦力2)改变沙和沙桶的质量时，必须注意满足实验条件，即沙和沙桶的总质量远小于小车的质量， 3)每次小车开始释放时应尽量靠近打点计时器，而且先通电再放小车4)每次利用纸带确定 a 时，应求解其平均加速度8. 学法指导：本实验常涉及到的考点通常是以下几点：1) 实验的基本方法：控制变量法2) 实验的条件：平衡摩擦力及保证沙和沙桶的总质量远小于小车的质量3) 数据处理：图像法及由纸带求加速

7、度的计算4) 实验结论(官方语言)：在误差允许的范围内，物体的加速度与合力成正比与物体的质量成反 比9. 例题解析：例 1：在探究加速度与物体所受合外力和质量间的关系时,采用如图（1）所示的实验装置，小 车及车中的砝码质量用 M 表示，盘及盘中的砝码质量用 m 表示，小车的加速度可由小车后拖动的纸带由打点计数器打上的点计算出：M纸带打点计时器（1）实验时认为绳子对小车的拉力大小等于盘和砝码 的重力，须要满足的条件中正确的是（ ）mA实验前必须平衡摩擦力B滑轮与小车之间的细绳必须与木板平行 C盘及盘中的砝码的总质量远小于小车的质量 D盘及盘中的砝码的总质量远大于小车的质量图(1)（2）在保持盘及

8、盘中的砝码质量一定，探究加速度与质量的关系，以下做法错误的是（ ） A平衡摩擦力时，应将盘及盘中的砝码用细绳通过定滑轮系在小车上B每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力C小车运动的加速度可用天平测出 m 以及小车质量 M，直接用公式 a =mg/M 求出。 D实验时，先放开小车，再接通打点计时器电源在做验证牛顿第二定律例 2：用如图（3）中甲所示的实验装置来验证牛顿第二定律，为消除摩擦力的影响，实验前必须平衡摩擦力.滑轮细线小车打点计时器纸带- 3 - / 6临泉花木公司生产长木板甲1 21 2 3 4 3 41 2 3 (1)某同学平衡摩擦力时是这样操作的： 将小车静止地放在水平长木板上

9、，把 木板不带滑轮的一端慢慢垫高，如图 乙，直到小车由静止开始沿木板向下 滑动为止.请问这位同学的操作是否正 确？如果不正确，应当如何进行？ 答：(2)如果这位同学先如（1）中的操作，然后不断改变对小车的拉力 F，他得到 M（小车质 量）保持不变情况下的 a F 图线是下图中的a a a aO F O F O F O FA. B. C. D.(3)若该同学正确平衡摩擦力，在验证加速度与力的 关系时，得到的 aF 图线如图（4）所示，则由 此可得出的结论是a aO图(4)FO图(5)F如果得到 aF 图线如图（5）所示，其原因可能是：(4)打点计时器使用的交流电频率 f=50Hz. 如图（6）所

10、示是某同学在正确操作下获得的一条纸带，A、B、C、D、E 每两点之间还 有 4 个点没有标出.写出用 x 、x 、AxBxCxDxEx 、x 以及 f 来表示小车加速度的计图(6)算式：a = . 若纸带上测量的数据 x 、x 、x 、x 分别是 1.21cm、1.83cm、2.41cm、3.03cm，算得小车的加速度大小为m/s2（结果保留两位有效数字）- 4 - / 610.课堂小结：本实验是力学实验中最为重要的一个实验，无论是实验的思想方法还是实验操作步骤、 数据的处理和误差分析都是高考考查的重点，要求我们必须熟悉实验的内容！11.课后作业：六.板书设计:第三节 实验：验证牛顿第二定律1. 实验目的：验证牛顿第二定律2. 实验原理：控制变量法，需要测的物理量，创设的实验条件。3. 实验器材：打点计时器，小车，细绳，交流电源，天平，刻度尺，砝码等4. 实验步骤:(略)5. 数据的处理及结论：作 aF 图像和 a1/m 图像都是过原点的一条倾斜直线；在误差允许的范围内， 物体的加速度与合力成正比与物体的质量成反比6. 实验数据的误差分析：系统误差和偶然误差7. 注意事项：平衡摩擦力，控制实验条件，先通打点计时器电源再放开小车等8. 课后作业：七.教后反思：参考答案 ： 例 1：BC；ACD