【金榜奪冠】高三物理第一輪復(fù)習(xí) 第三章 第三單元 第5課時(shí) 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證牛頓運(yùn)動(dòng)定律課件 必修1.ppt

第三單元實(shí)驗(yàn)與探究第5課時(shí)實(shí)驗(yàn) 驗(yàn)證牛頓運(yùn)動(dòng)定律 必修1第三章力與運(yùn)動(dòng) 基礎(chǔ)回顧 1 細(xì)線對(duì)小車的拉力如下圖所示裝置 在沙桶和沙質(zhì)量 時(shí) 可認(rèn)為沙桶和沙的重力作為細(xì)線對(duì)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(fù)移動(dòng)木板的位置 直至小車在斜面上拉動(dòng)紙帶打出 的點(diǎn)為止 這時(shí) 小車拖著紙帶運(yùn)動(dòng)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(guān)系圖線保持小車質(zhì)量不變 從而改變細(xì)線對(duì)小車的牽引力 測(cè)出小車的對(duì)應(yīng)加速度 作出加速度和力的關(guān)系圖線 驗(yàn)證加速度是否與外力成正比 4 作出加速度和質(zhì)量倒數(shù)的關(guān)系圖線保持小桶和沙的質(zhì)量不變 改變小車的質(zhì)量 測(cè)出小車的對(duì)應(yīng)加速度 作出加速度和質(zhì)量 的關(guān)系圖線 驗(yàn)證加速度是否與質(zhì)量成反比 答案 1 很小2 靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器點(diǎn)距相等斜面方向上3 改變小桶內(nèi)沙的質(zhì)量4 在小車上加砝碼倒數(shù) 要點(diǎn)深化 1 實(shí)驗(yàn)原理 1 如上圖所示裝置 在沙桶和沙的質(zhì)量很小時(shí) 可認(rèn)為細(xì)線對(duì)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(zhì)量不變 改變小桶內(nèi)沙的質(zhì)量 從而改變細(xì)線對(duì)小車的牽引力 測(cè)出小車的對(duì)應(yīng)加速度 作出加速度和力的關(guān)系圖線 驗(yàn)證加速度是否與外力成正比 4 保持小桶和沙的質(zhì)量不變 在小車上加減砝碼 改變小車的質(zhì)量 測(cè)出小車的對(duì)應(yīng)加速度 作出加速度和質(zhì)量倒數(shù)的關(guān)系圖線 驗(yàn)證加速度是否與質(zhì)量成反比 2 實(shí)驗(yàn)器材一端帶有定滑輪的長木板 薄木板 小車 細(xì)線 小桶和沙 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 交流電源 導(dǎo)線 天平 帶一套砝碼 砝碼 毫米刻度尺 紙帶 3 實(shí)驗(yàn)步驟 1 用天平測(cè)出小車和砝碼的總質(zhì)量m 把數(shù)值記錄下來 2 如上圖所示把實(shí)驗(yàn)器材安裝好 但不要把懸掛沙桶的細(xì)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(fù)移動(dòng)木板的位置 直至小車在斜面上運(yùn)動(dòng)可以保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 這時(shí) 小車拖著紙帶運(yùn)動(dòng)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(xì)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(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一系列的點(diǎn) 打完點(diǎn)后切斷電源 取下紙帶 在紙帶上標(biāo)上紙帶號(hào)碼 5 保持小車和砝碼的質(zhì)量不變 在沙桶里放入適量的沙 使沙桶和沙的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車和砝碼的總質(zhì)量 把沙桶和沙的總質(zhì)量m 記錄下來 重復(fù)步驟 4 在沙桶內(nèi)再放入適量的沙 記錄下沙桶和沙的總質(zhì)量m 再重復(fù)步驟 4 6 重復(fù)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(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并記錄到表中 8 以加速度a為縱軸 力f為橫軸 根據(jù)測(cè)量出的對(duì)應(yīng)量在圖的方格紙中描點(diǎn) 然后用平滑的直線畫線 如果這些點(diǎn)是在一條過原點(diǎn)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(zhì)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(gè)數(shù) 重復(fù)上面的實(shí)驗(yàn) 并記錄下小車 連同砝碼的質(zhì)量 及相應(yīng)加速度的值到表中 10 以加速度a為縱軸 質(zhì)量的倒數(shù)1 m為橫軸 在方格紙中描點(diǎn) 然后用平滑的直線畫線 如果這些點(diǎn)是在一條過原點(diǎn)的直線上 便證明了加速度與質(zhì)量成反比 4 注意事項(xiàng) 1 整個(gè)實(shí)驗(yàn)平衡了摩擦力后 不管以后是改變沙和沙桶的質(zhì)量還是改變小車及砝碼的質(zhì)量都不需要重新平衡摩擦力 平衡摩擦力是指小車所受動(dòng)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(diǎn)計(jì)時(shí)器對(duì)紙帶的摩擦力 大小相等 實(shí)驗(yàn)中 應(yīng)在車后拖上紙帶 先接通電源后再用手給小車一個(gè)初速度 若在紙帶上打出的點(diǎn)子間隔基本均勻 才表明平衡了摩擦力 否則必須調(diào)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(zhì)量遠(yuǎn)大于沙和沙桶的總質(zhì)量的條件下進(jìn)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(zhì)量時(shí) 每次開始實(shí)驗(yàn)時(shí)小車應(yīng)盡量靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器并應(yīng)先接通電源再放開小車 且在小車到達(dá)滑輪前應(yīng)按住小車 4 各紙帶上的加速度a都應(yīng)是該紙帶上的平均加速度 5 作圖象時(shí) 要使盡可能多的點(diǎn)在所作的直線上 不在直線上的點(diǎn)應(yīng)可能對(duì)稱分布在所作的直線兩側(cè) 5 誤差分析本實(shí)驗(yàn)的誤差來源 1 因原理不完善引起的誤差 本實(shí)驗(yàn)用沙和沙桶的總重力 m m g代替小車的拉力 而實(shí)際小車所受的拉力要小于沙和沙桶的總重力 這個(gè)沙和沙桶的總質(zhì)量越接近小車和砝碼的總質(zhì)量 誤差越大 反之沙和沙桶的總質(zhì)量越小于小車和砝碼的總質(zhì)量 誤差越小 但不可能消去此誤差 2 因平衡摩擦力不當(dāng)而引起的誤差 題型一實(shí)驗(yàn)原理的理解和數(shù)據(jù)處理 2010年廣州聯(lián)考 某同學(xué)在做加速度和力 質(zhì)量的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中 測(cè)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(biāo)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(zhì)量為 kg 解析 1 選取適當(dāng)?shù)臉?biāo)度 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(zhì)量的倒數(shù) 3 圖象與f軸的截距表示加速度恰好為零時(shí)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(zhì)量的倒數(shù) 3 小車受到的阻力為0 1n 4 1 題型訓(xùn)練 1 2011年濟(jì)南實(shí)驗(yàn)中學(xué)模擬 在 驗(yàn)證牛頓運(yùn)動(dòng)定律 的實(shí)驗(yàn)中 實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示 有一位同學(xué)通過實(shí)驗(yàn)測(cè)量作出了圖乙中的a圖線 試分析 a圖線不通過坐標(biāo)原點(diǎn)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(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量 答案 沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不夠 未滿足鉤碼質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量 題型二借助傳感器等設(shè)備驗(yàn)證牛頓運(yùn)動(dòng)定律 2011年陽江模擬 為了探究加速度與力的關(guān)系 使用如圖所示的氣墊導(dǎo)軌裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn) 其中g(shù)1 g2為兩個(gè)光電門 它們與數(shù)字計(jì)時(shí)器相連 當(dāng)滑行器通過g1 g2光電門時(shí) 光束被遮擋的時(shí)間 t1 t2都可以被測(cè)量并記錄 滑行器連同上面固定的一條形擋光片的總質(zhì)量為m 擋光片寬度為d 光電門間距離為x 牽引砝碼的質(zhì)量為m 回答下列問題 1 實(shí)驗(yàn)開始應(yīng)先調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌下面的螺釘 使氣墊導(dǎo)軌水平 在不增加其他儀器的情況下 如何判定調(diào)節(jié)是否到位 答 2 若取m 0 4kg 改變m的值 進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn) 以下m的取值不合適的一個(gè)是 a m1 5gb m2 15gc m3 40gd m4 400g 3 在此實(shí)驗(yàn)中 需要測(cè)得每一個(gè)牽引力對(duì)應(yīng)的加速度 求得的加速度的表達(dá)式為 用 t1 t2 d x表示 解析 1 如果氣墊導(dǎo)軌水平 則不掛砝碼時(shí) m應(yīng)能在任意位置靜止不動(dòng) 或推動(dòng)m后能使m勻速運(yùn)動(dòng) 2 應(yīng)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(dòng) 或取下牽引砝碼 輕推滑行器m 數(shù)字計(jì)時(shí)器記錄每一個(gè)光電門的光束被擋的時(shí)間 t都相等 2 d 3 a 題型訓(xùn)練 2 如圖 質(zhì)量為m的滑塊a放在氣墊導(dǎo)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(shí)時(shí)傳送到計(jì)算機(jī)上 經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后在屏幕上顯示滑塊a的位移 時(shí)間 s t 圖象和速率 時(shí)間 v t 圖象 整個(gè)裝置置于高度可調(diào)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(jié)果可保留一位有效數(shù)字 1 現(xiàn)給滑塊a一沿氣墊導(dǎo)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(shí)的加速度a m s2 摩擦力對(duì)滑塊a運(yùn)動(dòng)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(yàn)證牛頓第二定律 實(shí)驗(yàn)時(shí)通過改變 可驗(yàn)證質(zhì)量一定時(shí) 加速度與力成正比的關(guān)系 實(shí)驗(yàn)時(shí)通過改變 可驗(yàn)證力一定時(shí) 加速度與質(zhì)量成反比的關(guān)系 解析 由題目中給出的物理模型 結(jié)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(yùn)動(dòng)直到速度為零 然后再沿斜面向下做勻加速直線運(yùn)動(dòng) 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