【金榜奪冠】高三物理第一輪復習 第三章 第三單元 第5課時 實驗驗證牛頓運動定律課件 必修1.ppt

第三單元實驗與探究第5課時實驗 驗證牛頓運動定律 必修1第三章力與運動 基礎回顧 1 細線對小車的拉力如下圖所示裝置 在沙桶和沙質量 時 可認為沙桶和沙的重力作為細線對小車的拉力 2 平衡長木板的摩擦力在長木板的 的一端下面墊一塊木板 反復移動木板的位置 直至小車在斜面上拉動紙帶打出 的點為止 這時 小車拖著紙帶運動受到的摩擦阻力恰好與小車的重力沿 的分力相平衡 3 作出加速度和力的關系圖線保持小車質量不變 從而改變細線對小車的牽引力 測出小車的對應加速度 作出加速度和力的關系圖線 驗證加速度是否與外力成正比 4 作出加速度和質量倒數(shù)的關系圖線保持小桶和沙的質量不變 改變小車的質量 測出小車的對應加速度 作出加速度和質量 的關系圖線 驗證加速度是否與質量成反比 答案 1 很小2 靠近打點計時器點距相等斜面方向上3 改變小桶內沙的質量4 在小車上加砝碼倒數(shù) 要點深化 1 實驗原理 1 如上圖所示裝置 在沙桶和沙的質量很小時 可認為細線對小車的拉力就是沙桶和沙的重力 2 平衡長木板的摩擦力 3 保持小車質量不變 改變小桶內沙的質量 從而改變細線對小車的牽引力 測出小車的對應加速度 作出加速度和力的關系圖線 驗證加速度是否與外力成正比 4 保持小桶和沙的質量不變 在小車上加減砝碼 改變小車的質量 測出小車的對應加速度 作出加速度和質量倒數(shù)的關系圖線 驗證加速度是否與質量成反比 2 實驗器材一端帶有定滑輪的長木板 薄木板 小車 細線 小桶和沙 打點計時器 交流電源 導線 天平 帶一套砝碼 砝碼 毫米刻度尺 紙帶 3 實驗步驟 1 用天平測出小車和砝碼的總質量m 把數(shù)值記錄下來 2 如上圖所示把實驗器材安裝好 但不要把懸掛沙桶的細繩系在車上 即不給小車加牽引力 3 平衡摩擦力 在長木板的不帶定滑輪的一端下面墊一塊木板 反復移動木板的位置 直至小車在斜面上運動可以保持勻速直線運動狀態(tài) 這時 小車拖著紙帶運動受到的摩擦阻力恰好與小車所受的重力沿斜面方向上的分力平衡 4 把細繩系在小車上并繞過滑輪懸掛沙桶 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 打完點后切斷電源 取下紙帶 在紙帶上標上紙帶號碼 5 保持小車和砝碼的質量不變 在沙桶里放入適量的沙 使沙桶和沙的總質量遠小于小車和砝碼的總質量 把沙桶和沙的總質量m 記錄下來 重復步驟 4 在沙桶內再放入適量的沙 記錄下沙桶和沙的總質量m 再重復步驟 4 6 重復步驟 5 三次 得到三條紙帶 7 在每條紙帶上都選取一段比較理想的部分 標明計數(shù)點 測量計數(shù)點間的距離 算出每條紙帶上的加速度的值并記錄到表中 8 以加速度a為縱軸 力f為橫軸 根據(jù)測量出的對應量在圖的方格紙中描點 然后用平滑的直線畫線 如果這些點是在一條過原點的直線上 便證明了加速度與作用力成正比 9 保持沙桶和沙的質量不變 即保持小車所受合外力不變 在小車上通過改變砝碼的個數(shù) 重復上面的實驗 并記錄下小車 連同砝碼的質量 及相應加速度的值到表中 10 以加速度a為縱軸 質量的倒數(shù)1 m為橫軸 在方格紙中描點 然后用平滑的直線畫線 如果這些點是在一條過原點的直線上 便證明了加速度與質量成反比 4 注意事項 1 整個實驗平衡了摩擦力后 不管以后是改變沙和沙桶的質量還是改變小車及砝碼的質量都不需要重新平衡摩擦力 平衡摩擦力是指小車所受動力 重力沿斜面向下的分力 與小車所受的阻力 包括車受的摩擦力和打點計時器對紙帶的摩擦力 大小相等 實驗中 應在車后拖上紙帶 先接通電源后再用手給小車一個初速度 若在紙帶上打出的點子間隔基本均勻 才表明平衡了摩擦力 否則必須調整小木板的位置 2 平衡摩擦力后每條紙帶必須滿足在小車加砝碼的質量遠大于沙和沙桶的總質量的條件下進行 只有這樣 沙和沙桶的總重力才可視為小車受到的拉力 3 改變拉力和小車質量時 每次開始實驗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 且在小車到達滑輪前應按住小車 4 各紙帶上的加速度a都應是該紙帶上的平均加速度 5 作圖象時 要使盡可能多的點在所作的直線上 不在直線上的點應可能對稱分布在所作的直線兩側 5 誤差分析本實驗的誤差來源 1 因原理不完善引起的誤差 本實驗用沙和沙桶的總重力 m m g代替小車的拉力 而實際小車所受的拉力要小于沙和沙桶的總重力 這個沙和沙桶的總質量越接近小車和砝碼的總質量 誤差越大 反之沙和沙桶的總質量越小于小車和砝碼的總質量 誤差越小 但不可能消去此誤差 2 因平衡摩擦力不當而引起的誤差 題型一實驗原理的理解和數(shù)據(jù)處理 2010年廣州聯(lián)考 某同學在做加速度和力 質量的關系的實驗中 測得小車的加速度a和拉力f的數(shù)據(jù)如下表所示 1 根據(jù)表中的數(shù)據(jù)在圖所示的坐標中作出a f圖象 2 圖象的斜率的物理意義是 3 圖象 或延長線 與f軸的截距的物理意義是 4 小車和砝碼的總質量為 kg 解析 1 選取適當?shù)臉硕?作出a f圖象如圖所示 2 由f ma得a 可見圖象的斜率為小車和砝碼的總質量的倒數(shù) 3 圖象與f軸的截距表示加速度恰好為零時的拉力 也即是小車受到的阻力 大小為0 1n 4 由圖可知圖線斜率k 1 kg 1 由k 可得 m 1kg 答案 1 見解析圖 2 小車和砝碼的總質量的倒數(shù) 3 小車受到的阻力為0 1n 4 1 題型訓練 1 2011年濟南實驗中學模擬 在 驗證牛頓運動定律 的實驗中 實驗裝置如圖甲所示 有一位同學通過實驗測量作出了圖乙中的a圖線 試分析 a圖線不通過坐標原點的原因是 a圖線上部彎曲的原因是 解析 圖線在f軸上有截距 說明沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不夠 a f圖線上部彎曲的原因是未滿足鉤碼質量遠小于小車質量 答案 沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不夠 未滿足鉤碼質量遠小于小車質量 題型二借助傳感器等設備驗證牛頓運動定律 2011年陽江模擬 為了探究加速度與力的關系 使用如圖所示的氣墊導軌裝置進行實驗 其中g1 g2為兩個光電門 它們與數(shù)字計時器相連 當滑行器通過g1 g2光電門時 光束被遮擋的時間 t1 t2都可以被測量并記錄 滑行器連同上面固定的一條形擋光片的總質量為m 擋光片寬度為d 光電門間距離為x 牽引砝碼的質量為m 回答下列問題 1 實驗開始應先調節(jié)氣墊導軌下面的螺釘 使氣墊導軌水平 在不增加其他儀器的情況下 如何判定調節(jié)是否到位 答 2 若取m 0 4kg 改變m的值 進行多次實驗 以下m的取值不合適的一個是 a m1 5gb m2 15gc m3 40gd m4 400g 3 在此實驗中 需要測得每一個牽引力對應的加速度 求得的加速度的表達式為 用 t1 t2 d x表示 解析 1 如果氣墊導軌水平 則不掛砝碼時 m應能在任意位置靜止不動 或推動m后能使m勻速運動 2 應滿足m m 故m4 400g不合適 3 由v1 v2 2ax可得 a 答案 1 取下牽引砝碼 m放在任意位置都不動 或取下牽引砝碼 輕推滑行器m 數(shù)字計時器記錄每一個光電門的光束被擋的時間 t都相等 2 d 3 a 題型訓練 2 如圖 質量為m的滑塊a放在氣墊導軌b上 c為位移傳感器 它能將滑塊a到傳感器c的距離數(shù)據(jù)實時傳送到計算機上 經計算機處理后在屏幕上顯示滑塊a的位移 時間 s t 圖象和速率 時間 v t 圖象 整個裝置置于高度可調節(jié)的斜面上 斜面的長度為了l 高度為h 取重力加速度g 9 8m s2 結果可保留一位有效數(shù)字 1 現(xiàn)給滑塊a一沿氣墊導軌向上的初速度 a的v t圖線如題 b 圖所示 從圖線可得滑塊a下滑時的加速度a m s2 摩擦力對滑塊a運動的影響 填 明顯 不可忽略 或 不明顯 可忽略 2 此裝置還可用來驗證牛頓第二定律 實驗時通過改變 可驗證質量一定時 加速度與力成正比的關系 實驗時通過改變 可驗證力一定時 加速度與質量成反比的關系 解析 由題目中給出的物理模型 結合所給的a的v t圖象可以知道 滑塊a先沿斜面向上做勻減速直線運動直到速度為零 然后再沿斜面向下做勻加速直線運動 由滑塊a的v t圖象得到滑塊a沿斜面向上的加速度大小等于斜面向下加速度大小 故 1 中的答案為6m s2 不明顯 可忽略