金榜高考物理第一轮复习教师配套必修1实验四验证牛顿运动定律名师优质课赛课一等奖市公开课获奖课件

试验四验证牛顿运动定律

第1页试验目标和器材试验原理试验目标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.掌握利用图像处理数据方法探究加速度a与力F及质量M关系时,应用基本方法是控制变量法,即先控制一个参量——小车质量M不变,探究加速度a与力F关系;再控制小盘和砝码质量不变,即力F不变,探究加速度a与小车质量M关系试验器材打点计时器、纸带、复写纸、小车、一端附有定滑轮长木板、小盘、夹子、细绳、低压交流电源、导线、天平、刻度尺、砝码、薄木块第2页【试验过程】一、试验步骤1.称量质量——用天平测量小盘质量m0和小车质量M0。2.安装器材——按照如图所表示装置把试验器材安装好,只是不把悬挂小盘细绳系在小车上(即不给小车牵引力)。第3页3.平衡摩擦力——在长木板不带定滑轮一端下面垫上一块薄木块,重复移动薄木块位置,直至小车在斜面上运动时能够保持匀速运动状态。4.让小车靠近打点计时器,挂上小盘和砝码,先接通电源,再让小车拖着纸带在木板上匀加速下滑,打出一条纸带。计算小盘和砝码重力,即为小车所受合外力,由纸带计算出小车加速度,并把力和对应加速度填入表1中。5.改变小盘内砝码个数,重复步骤4,并多做几次。第4页6.保持小盘内砝码个数不变,在小车上放上砝码改变小车质量,让小车在木板上滑动打出纸带。计算砝码和小车总质量M,并由纸带计算出小车对应加速度,并将所对应质量和加速度填入表2中。7.改变小车上砝码个数,重复步骤6,并多做几次。第5页表1试验次数加速度a/m·s-2小车受力F/N1234表2试验次数加速度a/m·s-2小车和砝码总质量M/kg1234第6页二、数据处理1.计算加速度——先在纸带上标明计数点,测量各计数点间距离,依据逐差法计算各条纸带对应加速度。2.作图像找关系——依据统计各组对应加速度a与小车所受牵引力F,建立直角坐标系,描点画a-F图像,假如图像是一条过原点倾斜直线,便证实加速度与作用力成正比。再依据记录各组对应加速度a与小车和砝码总质量M,建立直角坐标系,描点画a-图像,假如图像是一条过原点倾斜直线,就证实了加速度与质量成反比。第7页【误差分析】1.因试验原理不完善引发误差。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;求得本试验用小盘和砝码总重力mg代替小车拉力,而实际上小车所受拉力要小于小盘和砝码总重力。小盘和砝码总质量越小于小车质量,由此引发误差就越小。所以,满足小盘和砝码总质量远小于小车质量目标就是减小因试验原理不完善而引发误差。第8页2.摩擦力平衡不准确造成误差。在平衡摩擦力时,除了不挂小盘外,其它均与正式试验一样(比如要挂好纸带、接通打点计时器),匀速运动标志是打点计时器打出纸带上各相邻两点间距离相等。3.质量测量误差、纸带上打点计时器打点间隔距离测量误差、细绳或纸带不与木板平行等都会引发误差。第9页【注意事项】1.平衡摩擦力在平衡摩擦力时,不要把悬挂小盘细绳系在小车上,即不要给小车加任何牵引力,且要让小车拖着纸带匀速运动。2.不重复平衡摩擦力整个试验平衡了摩擦力后,不论以后是改变小盘和砝码总质量还是改变小车和砝码总质量,都不需要重新平衡摩擦力。第10页3.试验条件每条纸带都必须在满足小车质量远大于小盘和砝码总质量条件下打出。只有如此,小盘和砝码总重力才可视为小车受到拉力。4.一先一后一按住改变拉力和小车质量后,每次开始时小车应尽可能靠近打点计时器,并应先接通电源,再放开小车,且应在小车抵达定滑轮前按住小车。第11页5.作图作图时,两坐标轴百分比要适当,要使尽可能多点落在所作直线上,不在直线上点应尽可能对称地分布在所作直线两侧。第12页【试验改进】本试验中能够用气垫导轨来代替长木板,这么就省去了平衡摩擦力麻烦,小车加速度也能够利用传感器来测量,借助于计算机来处理。第13页热点1试验原理与注意事项【典例1】(·安徽高考)图甲为“验证牛顿第二定律”试验装置示意图。砂和砂桶总质量为m,小车和砝码总质量为M。试验中用砂和砂桶总重力大小作为细线对小车拉力大小。

第14页(1)试验中,为了使细线对小车拉力等于小车所受合外力,先调整长木板一端滑轮高度,使细线与长木板平行。接下来还需要进行一项操作是()A.将长木板水平放置,让小车连着已经穿过打点计时器纸带,给打点计时器通电,调整m大小,使小车在砂和砂桶牵引下运动,从打出纸带判断小车是否做匀速运动B.将长木板一端垫起适当高度,让小车连着已经穿过打点计时器纸带,撤去砂和砂桶,给打点计时器通电,轻推小车,从打出纸带判断小车是否做匀速运动C.将长木板一端垫起适当高度,撤去纸带以及砂和砂桶,轻推小车,观察判断小车是否做匀速运动第15页(2)试验中要进行质量m和M选取,以下最合理一组是()A.M=200g,m=10g、15g、20g、25g、30g、40gB.M=200g,m=20g、40g、60g、80g、100g、120gC.M=400g,m=10g、15g、20g、25g、30g、40gD.M=400g,m=20g、40g、60g、80g、100g、120g第16页(3)图乙是试验中得到一条纸带,A、B、C、D、E、F、G为7个相邻计数点,相邻两个计数点之间还有四个点未画出。量出相邻计数点之间距离分别为:sAB=4.22cm、sBC=4.65cm、sCD=5.08cm、sDE=5.49cm、sEF=5.91cm、sFG=6.34cm。已知打点计时器工作频率为50Hz,则小车加速度a=

m/s2(结果保留2位有效数字)。第17页【标准解答】(1)要使细线对小车拉力等于小车所受合外力,应将长木板远离定滑轮一端垫起,使小车所受重力沿木板向下分力与小车及纸带所受摩擦力平衡,即选项B正确。(2)要使砂和砂桶总重力大小作为细线对小车拉力大小,必须使m≪M,只有选项C符合这个要求。第18页(3)小车加速度为其中t=0.1s,代入数据得:a=0.42m/s2。答案:(1)B(2)C(3)0.42第19页热点2试验数据处理与误差分析

【典例2】(·宁波模拟)某学习小组用如图所表示装置探究“加速度和力关系”。

第20页该小组已经测量了两个光电门间距离为L,遮光条宽度为d,遮光条经过两个光电门时间分别为t1、t2,则:(1)小车实际加速度能够表示为

。(用题中所给物理量表示)(2)改变所挂钩码数量,屡次重复测量。在某次试验中依据测得多组数据可在坐标纸上画出a-F关系点迹(如图所表示)。经过分析,发觉存在一些问题,产生主要原因可能是()第21页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.所挂钩码总质量太大,造成上部点迹有向下弯曲趋势D.所用小车质量太大,造成上部点迹有向下弯曲趋势第22页【标准解答】(1)遮光条经过两个光电门时速度分别为依据匀变速直线运动规律v22-v12=2aL，解得小车实际加速度能够表示为(2)选B、C。图线直线部分没有过原点，说明F到达一定值时物体才开始运动。产生主要原因可能是轨道保持了水平状态，没有平衡摩擦力，选项A错误，B正确。图线上部弯曲产生主要原因是所挂钩码总质量太大，造成上部点迹有向下弯曲趋势，选项C正确，D错误。答案：(1)(2)B、C第23页【双基题组】1.在利用打点计时器和小车来做“验证牛顿运动定律”实验时,以下说法中正确是()A.平衡摩擦力时,应将砝码盘及盘内砝码经过定滑轮拴在小车上B.连接砝码盘和小车细绳应跟长木板保持平行C.平衡摩擦力后,改变小车和砝码总质量时,要重新平衡摩擦力D.小车释放前应靠近打点计时器,且应先接通电源再释放小车第24页【解析】选B、D。平衡摩擦力时,不能将砝码盘及盘内砝码(或小桶)经过细绳拴在小车上,选项A错误;连接砝码盘和小车细绳应跟长木板保持平行,选项B正确;平衡摩擦力后,不论是改变砝码盘和砝码总质量还是改变小车和砝码总质量时都不需要重新平衡摩擦力,选项C错误;试验时,小车释放前应靠近打点计时器,且应先接通电源,待打点稳定后,再释放小车,选项D正确。第25页2.(·临汾模拟)在“探究加速度与力、质量关系”试验中备有以下器材:A.电磁打点计时器;B.天平(带砝码);C.秒表;D.低压直流电源;E.纸带和复写纸;F.导线;G.细绳;H.小车;I.砂和小桶;J.一端附有滑轮长木板;K.砝码。(1)其中多出器材是

(填代号),缺乏器材是

和

。(2)在探究加速度a与质量m关系时,分别以

为纵坐标、

为横坐标作图像,这么就能直观地看出其关系。第26页【解析】(1)试验重点是在质量一定时,依据不一样力作用下打出纸带,求出加速度;在力一定时,依据在不一样质量条件下打出纸带,求出加速度。故只要明确打点计时器工作原理和实验步骤,则可判断多出器材是C、D;缺乏器材是低压交流电源和刻度尺。(2)探究加速度a与质量m关系时,以a为纵坐标,以为横坐标,作出图像为经过原点倾斜直线,这么很轻易看出它们关系。答案:(1)C、D低压交流电源刻度尺(2)a第27页【高考题组】3.(·浙江高考)在“探究加速度与力、质量关系”试验时,已提供了小车、一端附有定滑轮长木板、纸带、带小盘细线、刻度尺、天平、导线。为了完成试验,还须从图中选取试验器材,其名称是①;并分别写出所选器材作用②。第28页【解析】为测量小车加速度,需统计小车运动位置和时间,这可利用打点计时器和纸带完成。所以,试验中应有打点计时器。试验中需要改变小车质量,这可经过在小车上添加钩码来实现,所以试验中应有钩码。试验中还需要改变小车所受拉力大小,这可经过改变盘中砝码数目来改变,所以试验中应有砝码。第29页学生电源为电磁打点计时器提供交流电源;电磁打点计时器(电火花计时器)统计小车运动位置和时间;钩码用以改变小车质量;砝码用以改变小车受到拉力大小,还可用于测量小车质量。答案:①学生电源、电磁打点计时器、钩码、砝码(或电火花计时器、钩码、砝码)②看法析第30页4.(·纲领版全国卷)图甲为验证牛顿第二定律试验装置示意图。图中打点计时器电源为50Hz交流电源,打点时间间隔用Δt表示。在小车质量未知情况下,某同学设计了一个方法用来探究“在外力一定条件下,物体加速度与其质量间关系”。第31页(1)完成以下试验步骤中填空。①平衡小车所受阻力:小吊盘中不放物块,调整木板右端高度,用手轻拨小车,直到打点计时器打出一系列

点。②按住小车,在小吊盘中放入适当质量物块,在小车中放入砝码。③打开打点计时器电源,释放小车,取得带有点列纸带,在纸带上标出小车中砝码质量m。④按住小车,改变小车中砝码质量,重复步骤③。第32页⑤在每条纸带上清楚部分,每5个间隔标注一个计数点。测量相邻计数点间距s1、s2……求出与不一样m相对应加速度a。⑥以砝码质量m为横坐标,为纵坐标,在坐标纸上作出-m关系图线。若加速度与小车和砝码总质量成反比,则与m应成

(选填“线性”或“非线性”)关系。第33页(2)完成以下填空。①本试验中,为了确保在改变小车中砝码质量时,小车所受拉力近似不变,小吊盘和盘中物块质量之和应满足条件是

。②设纸带上三个相邻计数点间距为s1、s2和s3。a可用s1、s3和Δt表示为a=

。图乙为用米尺测量某一纸带上s1、s3情况,由图可读出s1=

mm,s3=

mm,由此求得加速度大小a=

m/s2。第34页③图丙为所得试验图线示意图。设图中直线斜率为k,在纵轴上截距为b,若牛顿定律成立,则小车受到拉力为

,小车质量为

。第35页【解析】(1)小车和吊盘受到合外力为零,一起做匀速直线运动,所以纸带点距相等。平衡阻力后,设小车受到拉力为F,则有F=(m+m车)a,即是关于m一次函数,它们是线性关系。(2)①实际上,小车拉力F会随m改变而改变,不是恒定。因为:对小车由牛顿第二定律有:F=(m+m车)a,对吊盘和物块(设其质量为m0):m0g-F=m0a,联立以上两式得:第36页所以,当改变小车上砝码质量m时,F会对应改变。只有当吊盘和物块质量m0≪m+m车时,拉力F≈m0g才是不变,在这种情况下,才可验证“拉力一定时,加速度与物体质量关系”。②由逐差法s3-s1=2a(5Δt)2得加速度a=,由图可读出s1=36.8mm-12.5mm=24.3mm,s3=120.1mm-73.0mm=47.1mm,一定要估读到毫米下一位数字。代入数据,得加速度大小a=1.14m/s2。注意单位变换。第3