驗(yàn)證牛頓第二定律1

1、力學(xué)實(shí)驗(yàn)（一）（2課時(shí)）驗(yàn)證牛頓第二定律原理及其裝置應(yīng)用學(xué)習(xí)目標(biāo)：驗(yàn)證牛頓第二定律高考重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)之一，其實(shí)驗(yàn)裝置常常應(yīng)用于其它實(shí)驗(yàn)。理解本實(shí)驗(yàn)的基本原理和實(shí)驗(yàn)方法，實(shí)驗(yàn)的核心靈魂是實(shí)驗(yàn)原理，實(shí)驗(yàn)的精髓在于控制。注意和教材實(shí)驗(yàn)對(duì)照，從實(shí)驗(yàn)原理改造和創(chuàng)新上多思考。確定研究的對(duì)象，合外力的來(lái)源是什么？大小如何測(cè)量？【教材實(shí)驗(yàn)知識(shí)回顧】一、某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)探究加速度a與物體所受合力F及質(zhì)量m關(guān)系的實(shí)驗(yàn)，圖（a）為實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖。（交流電的頻率為50Hz），下面是他的實(shí)驗(yàn)思路：1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模候?yàn)證基本關(guān)系式 2、實(shí)驗(yàn)原理（1）測(cè)量物理量 ：用 測(cè)量質(zhì)量；用 計(jì)算加速度；用砂桶及砂的總重力為 （2）實(shí)驗(yàn)器材:小

2、車(chē)，砝碼，小桶，砂, 細(xì)線，附有定滑輪的長(zhǎng)木板,墊塊，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，低壓交流電源, 導(dǎo)線兩根, 紙帶, ， 。3、研究三個(gè)變量a、m、F的關(guān)系，用了 方法。如圖所示裝置，先 ：在長(zhǎng)木板的不帶滑輪的一端下面墊上一塊薄木板，反復(fù)移動(dòng)其位置，直至不掛砂桶的小車(chē)剛好在斜面上保持 為止（1）保持小車(chē)質(zhì)量M不變，改變 ，從而改變細(xì)線對(duì)小車(chē)的牽引力F(當(dāng)m<<M時(shí)，F(xiàn)=mg近似成立)，測(cè)出小車(chē)的對(duì)應(yīng)加速度a,由多組a、F數(shù)據(jù)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。（2）保持小桶和砂的質(zhì)量不變，在小車(chē)上 砝碼, 改變小車(chē)的質(zhì)量M，測(cè)出小車(chē)的對(duì)應(yīng)加速度a, 由多組a、M數(shù)據(jù)作出加速度和質(zhì)

3、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。4、圖（b）為某次實(shí)驗(yàn)得到的紙帶，根據(jù)紙帶可求出小車(chē)的加速度大小為 m/s2。（保留二位有效數(shù)字） 5、在“驗(yàn)證牛頓第二定律”的實(shí)驗(yàn)中，以下做法正確的是 ( )A平衡摩擦力時(shí)，應(yīng)將小盤(pán)用細(xì)繩通過(guò)定滑輪系在小車(chē)上B每次改變小車(chē)的質(zhì)量時(shí)，不需要重新平衡摩擦力C實(shí)驗(yàn)時(shí)，先放開(kāi)小車(chē)，再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源D求小車(chē)運(yùn)動(dòng)的加速度時(shí)，可用天平測(cè)出用砂桶及砂的總質(zhì)量m以及小車(chē)質(zhì)量M，直接用公式amg/M求出【思考】：1、平衡摩擦力是指那兩個(gè)力平衡？2、實(shí)驗(yàn)時(shí)我們認(rèn)為小車(chē)受的拉力等于砂桶及砂的總重力，實(shí)際上等嗎？3、設(shè)砂桶及砂總質(zhì)量為m，小車(chē)總質(zhì)量為M，嚴(yán)格的牛

4、頓第二定律的表達(dá)式怎樣書(shū)寫(xiě)？4、根據(jù)上述兩個(gè)問(wèn)題，使小車(chē)的拉力近似等于砂及砂桶的重力本實(shí)驗(yàn)的條件是什么？【應(yīng)用拉力傳感器進(jìn)行探究】變式1：某小組利用拉力傳感器探究牛頓第二定律。如圖12，將拉力傳感器固定在小車(chē)上，用不可伸長(zhǎng)的細(xì)線將其通過(guò)一個(gè)定滑輪與鉤碼相連，用拉力傳感器記錄小車(chē)受到拉力的大小。小車(chē)中可以放置砝碼。下列正確（ ）A、實(shí)驗(yàn)前必須平衡摩擦力B、小車(chē)的總質(zhì)量一定要遠(yuǎn)大于鉤碼總質(zhì)量C、小車(chē)受到的合外力大小等于鉤碼的重力，所以必須測(cè)量鉤碼的重力D、應(yīng)用拉力傳感器直接測(cè)量作用在小車(chē)上的拉力，消除了拉力F由鉤碼重力mg近似代替引起的系統(tǒng)誤差?！纠谜w法和隔離法精確計(jì)算小車(chē)?yán)M(jìn)行探究】變式2

5、：如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置可以驗(yàn)證牛頓運(yùn)動(dòng)定律，小車(chē)上固定一個(gè)盒子，盒子內(nèi)盛有沙子沙桶的總質(zhì)量(包括桶以及桶內(nèi)沙子質(zhì)量)記為m，小車(chē)的總質(zhì)量(包括車(chē)、盒子及盒內(nèi)沙子質(zhì)量)記為M.(1)驗(yàn)證在質(zhì)量不變的情況下，加速度與合外力成正比：從盒子中取出一些沙子，裝入沙桶中，稱量并記錄沙桶的總重力mg，將該力視為合外力F，對(duì)應(yīng)的加速度a則從打下的紙帶中計(jì)算得出多次改變合外力F的大小，每次都會(huì)得到一個(gè)相應(yīng)的加速度本次實(shí)驗(yàn)中，桶內(nèi)的沙子取自小車(chē)中，故系統(tǒng)的總質(zhì)量不變以合外力F為橫軸，以加速度a為縱軸，畫(huà)出aF圖象，圖象是一條過(guò)原點(diǎn)的直線1、實(shí)驗(yàn)研究對(duì)象是 的總質(zhì)量2、為了減少實(shí)驗(yàn)誤差，你認(rèn)為實(shí)驗(yàn)中還應(yīng)該采取的措施是

6、： 3、aF圖象斜率的物理意義是 _4、你認(rèn)為把沙桶的總重力mg當(dāng)作合外力F是否合理？答：_.(填“合理”或“不合理”)5、本次實(shí)驗(yàn)中，是否應(yīng)該滿足Mm這樣的條件？答：_(填“是”或“否”)；理由是_【轉(zhuǎn)換研究對(duì)象，注意和教材實(shí)驗(yàn)對(duì)照，從實(shí)驗(yàn)原理改造和創(chuàng)新上多思考】變式3：某實(shí)驗(yàn)小組在“探究加速度與物體受力的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，設(shè)計(jì)出如下的實(shí)驗(yàn)方案，其實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。已知小車(chē)質(zhì)量M=214.6g，砝碼盤(pán)質(zhì)量，所使用的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器交流電頻率Hz。其實(shí)驗(yàn)步驟是：A按圖中所示安裝好實(shí)驗(yàn)裝置；B調(diào)節(jié)長(zhǎng)木板的傾角，輕推小車(chē)后，使小車(chē)能沿長(zhǎng)木板向下做勻速運(yùn)動(dòng)；C取下細(xì)繩和砝碼盤(pán)，記下砝碼盤(pán)中砝碼的質(zhì)量；D先接通

7、電源，再放開(kāi)小車(chē)，打出一條紙帶，由紙帶求得小車(chē)的加速度；E重新掛上細(xì)繩和砝碼盤(pán)，改變砝碼盤(pán)中砝碼質(zhì)量，重復(fù)步驟，求得小車(chē)在不同合外力作用下的加速度?；卮鹨韵聠?wèn)題：1、小車(chē)做加速運(yùn)動(dòng)的合外力大小為 2、按上述方案做實(shí)驗(yàn)，是否要求砝碼和砝碼盤(pán)的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車(chē)的質(zhì)量        （填“是”或“否”） 。理由是 【驗(yàn)證牛頓運(yùn)動(dòng)定律的裝置在力學(xué)實(shí)驗(yàn)中的其他應(yīng)用】變式4、利用驗(yàn)證牛頓運(yùn)動(dòng)定律的裝置測(cè)空氣阻力（2011江蘇卷）為了探究受到空氣阻力時(shí)，物體運(yùn)動(dòng)速度隨時(shí)間的變化規(guī)律，某同學(xué)采用了“加速度與物體質(zhì)量、物體受力關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置

8、（如下圖所示）。實(shí)驗(yàn)時(shí)，平衡小車(chē)與木板之間的摩擦力后，在小車(chē)上安裝一薄板，以增大空氣對(duì)小車(chē)運(yùn)動(dòng)的阻力。（1）往砝碼盤(pán)中加入一小砝碼，在釋放小車(chē)         （選填“之前”或“之后”）接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源，在紙帶上打出一系列的點(diǎn)。（2）從紙帶上選取若干計(jì)數(shù)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，得出各計(jì)數(shù)點(diǎn)的時(shí)間t與速度v的數(shù)據(jù)如下表： 時(shí)間t/s0050100150200250速度v/（m·s-1）012019023026028029請(qǐng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出小車(chē)的v-t圖像。（3）通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，該同學(xué)認(rèn)為：隨著運(yùn)動(dòng)速

9、度的增加，小車(chē)所受的空氣阻力將變大，你是否同意他的觀點(diǎn)？請(qǐng)根據(jù)v-t圖象簡(jiǎn)要闡述理由。變式5、學(xué)案P115：2 ( 2009年廣東)利用拉力傳感器和速度傳感器探究“動(dòng)能原理”變式6、學(xué)案P116：1 ( 2008年廣東第16題： 探究“動(dòng)能定理”)答案：1、F=ma 2、（1）天平，紙帶法，合外力 （2）天平，米尺。3、控制變量。平衡摩擦力，勻速運(yùn)動(dòng)，（1）小桶內(nèi)砂的質(zhì)量m，a-F，（2）加減。a-M-1，4、a=3.2m/s2 5、B思考：1、并裝上打點(diǎn)計(jì)時(shí)器及紙帶，在小車(chē)后拖紙帶，通過(guò)調(diào)節(jié)長(zhǎng)木板傾角，使小車(chē)沿斜面向下的分力與摩擦力平衡。2、不相等。3、， 4、平衡摩擦力，砂桶及砂的總質(zhì)量m遠(yuǎn)小于小車(chē)質(zhì)量M變式1、AD變式2、1、沙桶、沙子、小車(chē)組成系統(tǒng)， 2、把木板的末端墊起適當(dāng)?shù)?/p>