【金版教程】2014高考物理一輪復(fù)習 實驗四 驗證牛頓運動定律專題精講課件

1、實驗四實驗四 驗證牛頓運動定律驗證牛頓運動定律核心考點導(dǎo)學(xué)【了解了解實驗?zāi)康膶嶒災(zāi)康摹?學(xué)會用控制變量法研究物理規(guī)律學(xué)會用控制變量法研究物理規(guī)律2驗證牛頓第二定律驗證牛頓第二定律3掌握利用圖象處理數(shù)據(jù)的方法掌握利用圖象處理數(shù)據(jù)的方法【理解理解實驗原理實驗原理】探究加速度探究加速度a與力與力F及質(zhì)量及質(zhì)量M的關(guān)系時，應(yīng)用的基本方法是的關(guān)系時，應(yīng)用的基本方法是控制變量法，即先控制一個參量控制變量法，即先控制一個參量小車的質(zhì)量小車的質(zhì)量M不變，討論加不變，討論加速度速度a與力與力F的關(guān)系，再控制砝碼和小盤的質(zhì)量不變，即力的關(guān)系，再控制砝碼和小盤的質(zhì)量不變，即力F不不變，改變小車質(zhì)量變，改變小車質(zhì)量M

2、，討論加速度，討論加速度a與與M的關(guān)系的關(guān)系【知道知道實驗器材實驗器材】打點計時器、紙帶、復(fù)寫紙片、小車、一端附有定滑輪的打點計時器、紙帶、復(fù)寫紙片、小車、一端附有定滑輪的長木板，小盤、砝碼、夾子、細繩、低壓交流電源、導(dǎo)線、天長木板，小盤、砝碼、夾子、細繩、低壓交流電源、導(dǎo)線、天平平(帶有一套砝碼帶有一套砝碼)、刻度尺、刻度尺【熟習熟習實驗步驟實驗步驟】1用天平測出小車和小盤的質(zhì)量用天平測出小車和小盤的質(zhì)量M和和M，把數(shù)值記錄下，把數(shù)值記錄下來來2按照如圖所示裝置把實驗器材安裝好，只是不把懸掛按照如圖所示裝置把實驗器材安裝好，只是不把懸掛小盤的細線系在小車上小盤的細線系在小車上(即不給小車加牽

3、引力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上一平衡摩擦力：在長木板的不帶定滑輪的一端下面墊上一塊薄木塊，反復(fù)移動木板的位置，直至小車在斜面上運動時可塊薄木塊，反復(fù)移動木板的位置，直至小車在斜面上運動時可以保持勻速運動狀態(tài)，這時小車拖著紙帶運動時受到的摩擦力以保持勻速運動狀態(tài)，這時小車拖著紙帶運動時受到的摩擦力恰好與小車所受重力在斜面方向上的分力平衡恰好與小車所受重力在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小盤，先接通電源再把細繩系在小車上并繞過滑輪懸掛小盤，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點完成后放開小車，打點計時器在紙

4、帶上打下一系列的點打點完成后切斷電源，取下紙帶，在紙帶上標上紙帶號碼切斷電源，取下紙帶，在紙帶上標上紙帶號碼5. 保持小車及車內(nèi)砝碼的質(zhì)量不變，在小盤內(nèi)放入質(zhì)量為保持小車及車內(nèi)砝碼的質(zhì)量不變，在小盤內(nèi)放入質(zhì)量為 m的砝碼，重復(fù)步驟的砝碼，重復(fù)步驟4.在小盤內(nèi)分別放入質(zhì)量為在小盤內(nèi)分別放入質(zhì)量為 m， m，的砝碼，再重復(fù)步驟的砝碼，再重復(fù)步驟4. m， m， m的數(shù)值都要記的數(shù)值都要記錄在紙帶上錄在紙帶上(或表格內(nèi)或表格內(nèi))6. 在每條紙帶上都選取一段比較理想的部分，標明計數(shù)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點，測量計數(shù)點間的距離，算

5、出每條紙帶上的加速度的值7. 用縱坐標表示加速度，橫坐標表示力，根據(jù)實驗結(jié)果在用縱坐標表示加速度，橫坐標表示力，根據(jù)實驗結(jié)果在坐標平面上畫出相應(yīng)的點若這些點在一條直線上，便證明了坐標平面上畫出相應(yīng)的點若這些點在一條直線上，便證明了加速度與作用力成正比加速度與作用力成正比. 8. 保持砝碼和小盤的質(zhì)量不變，在小車上依次加砝碼保持砝碼和小盤的質(zhì)量不變，在小車上依次加砝碼(也需也需作好記錄作好記錄)，重復(fù)上述步驟，用縱坐標表示加速度，重復(fù)上述步驟，用縱坐標表示加速度a，橫坐標表，橫坐標表示小車砝碼總質(zhì)量的倒數(shù)，在坐標平面上根據(jù)實驗結(jié)果畫出相示小車砝碼總質(zhì)量的倒數(shù)，在坐標平面上根據(jù)實驗結(jié)果畫出相應(yīng)的點

6、，如果這些點是在一條直線上，就證明加速度與質(zhì)量成應(yīng)的點，如果這些點是在一條直線上，就證明加速度與質(zhì)量成反比反比【警惕警惕注意事項注意事項】1一定要做好平衡摩擦力的工作，也就是調(diào)出一個合適一定要做好平衡摩擦力的工作，也就是調(diào)出一個合適的斜面，使小車的重力沿著斜面方向的分力正好平衡小車受的的斜面，使小車的重力沿著斜面方向的分力正好平衡小車受的摩擦力在平衡摩擦力時，不要把懸掛小盤的細線系在小車摩擦力在平衡摩擦力時，不要把懸掛小盤的細線系在小車上，即不要給小車加任何牽引力，并要讓小車拖著打點的紙帶上，即不要給小車加任何牽引力，并要讓小車拖著打點的紙帶運動運動2實驗步驟實驗步驟2、3不需要重復(fù)，即整個實

7、驗平衡了摩擦力不需要重復(fù)，即整個實驗平衡了摩擦力后，不管以后是改變小盤和砝碼的總質(zhì)量還是改變小車和砝碼后，不管以后是改變小盤和砝碼的總質(zhì)量還是改變小車和砝碼的總質(zhì)量，都不需要重新平衡摩擦力的總質(zhì)量，都不需要重新平衡摩擦力3每條紙帶必須滿足在小車與車上所加砝碼的總質(zhì)量遠每條紙帶必須滿足在小車與車上所加砝碼的總質(zhì)量遠大于小盤和砝碼的總質(zhì)量的條件下打出只有如此，小盤和砝大于小盤和砝碼的總質(zhì)量的條件下打出只有如此，小盤和砝碼的總重力才可視為小車受到的拉力碼的總重力才可視為小車受到的拉力4改變拉力和小車質(zhì)量后，每次開始時小車應(yīng)盡量靠近改變拉力和小車質(zhì)量后，每次開始時小車應(yīng)盡量靠近打點計時器，并應(yīng)先接通電

8、源，再放開小車，且應(yīng)在小車到達打點計時器，并應(yīng)先接通電源，再放開小車，且應(yīng)在小車到達滑輪前按住小車滑輪前按住小車5要使盡可能多的點在所作直線上，不在直線上的點應(yīng)要使盡可能多的點在所作直線上，不在直線上的點應(yīng)盡可能對稱分布在所作直線兩側(cè)遠離的點直接舍去盡可能對稱分布在所作直線兩側(cè)遠離的點直接舍去6作圖時兩軸標度比例要選擇適當各物理量須采用國作圖時兩軸標度比例要選擇適當各物理量須采用國際單位這樣作圖線時，坐標點間距不至于過密，誤差會小些際單位這樣作圖線時，坐標點間距不至于過密，誤差會小些.7為提高測量精度為提高測量精度(1)應(yīng)舍掉紙帶上開頭比較密集的應(yīng)舍掉紙帶上開頭比較密集的點，在后邊便于測量的地

9、方找一個起點點，在后邊便于測量的地方找一個起點(2)可以把每打五次點的時間作為時間單位，即從開始點可以把每打五次點的時間作為時間單位，即從開始點起，每五個點標出一個計數(shù)點，而相鄰計數(shù)點間的時間間隔為起，每五個點標出一個計數(shù)點，而相鄰計數(shù)點間的時間間隔為T0.1 s. 【謹慎謹慎數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理】利用圖象處理數(shù)據(jù)是一種常用的重要方法將實驗中得到利用圖象處理數(shù)據(jù)是一種常用的重要方法將實驗中得到的數(shù)據(jù)通過描點作出圖象，可以非常直觀地看出兩個物理量之的數(shù)據(jù)通過描點作出圖象，可以非常直觀地看出兩個物理量之間的關(guān)系，也可以有效地減小實驗誤差，確定并排除實驗中測間的關(guān)系，也可以有效地減小實驗誤差，確定并排除

10、實驗中測得的一些錯誤數(shù)據(jù)得的一些錯誤數(shù)據(jù)在探究加速度與力的關(guān)系的實驗中，以加速度在探究加速度與力的關(guān)系的實驗中，以加速度a為縱坐為縱坐標，力標，力F為橫坐標，根據(jù)各組數(shù)據(jù)在坐標系中描點如果這些為橫坐標，根據(jù)各組數(shù)據(jù)在坐標系中描點如果這些點在一條過原點的直線上，說明點在一條過原點的直線上，說明a與與F成正比成正比【細辨細辨誤差分析誤差分析】1質(zhì)量的測量誤差，紙帶上打點計時器打點間隔距離的質(zhì)量的測量誤差，紙帶上打點計時器打點間隔距離的測量誤差，拉線或紙帶不與木板平行等都會造成誤差測量誤差，拉線或紙帶不與木板平行等都會造成誤差2因?qū)嶒炘聿煌晟圃斐烧`差：本實驗中用重物的重力因?qū)嶒炘聿煌晟圃斐烧`差：

11、本實驗中用重物的重力代替小車受到的拉力代替小車受到的拉力(實際上小車受到的拉力要小于重物的重實際上小車受到的拉力要小于重物的重力力)，存在系統(tǒng)誤差重物質(zhì)量越接近小車的質(zhì)量，誤差就越，存在系統(tǒng)誤差重物質(zhì)量越接近小車的質(zhì)量，誤差就越大；反之，重物質(zhì)量越小于小車的質(zhì)量，誤差就越小大；反之，重物質(zhì)量越小于小車的質(zhì)量，誤差就越小3平衡摩擦力不準造成誤差：在平衡摩擦力時，除了不平衡摩擦力不準造成誤差：在平衡摩擦力時，除了不掛重物外，其他的都跟正式實驗一樣掛重物外，其他的都跟正式實驗一樣(比如要掛好紙帶、接通打比如要掛好紙帶、接通打點計時器點計時器)，勻速運動的標志是打點計時器打出的紙帶上各點的，勻速運動的

12、標志是打點計時器打出的紙帶上各點的距離相等距離相等.考向案例研究 例例12012安徽理綜，安徽理綜，21()圖圖1為為“驗證牛頓第二定驗證牛頓第二定律律”的實驗裝置示意圖砂和砂桶的總質(zhì)量為的實驗裝置示意圖砂和砂桶的總質(zhì)量為m，小車和砝碼，小車和砝碼的總質(zhì)量為的總質(zhì)量為M.實驗中用砂和砂桶總重力的大小作為細線對小車實驗中用砂和砂桶總重力的大小作為細線對小車拉力的大小拉力的大小圖圖1(1)實驗中，為了使細線對小車的拉力等于小車所受的合外實驗中，為了使細線對小車的拉力等于小車所受的合外力，先調(diào)節(jié)長木板一端滑輪的高度，使細線與長木板平行接力，先調(diào)節(jié)長木板一端滑輪的高度，使細線與長木板平行接下來還需要進

13、行的一項操作是下來還需要進行的一項操作是()A將長木板水平放置，讓小車連著已經(jīng)穿過打點計時器將長木板水平放置，讓小車連著已經(jīng)穿過打點計時器的紙帶，給打點計時器通電，調(diào)節(jié)的紙帶，給打點計時器通電，調(diào)節(jié)m的大小，使小車在砂和砂的大小，使小車在砂和砂桶的牽引下運動，從打出的紙帶判斷小車是否做勻速運動桶的牽引下運動，從打出的紙帶判斷小車是否做勻速運動B將長木板的一端墊起適當?shù)母叨?，讓小車連著已經(jīng)穿將長木板的一端墊起適當?shù)母叨?，讓小車連著已經(jīng)穿過打點計時器的紙帶，撤去砂和砂桶，給打點計時器通電，輕過打點計時器的紙帶，撤去砂和砂桶，給打點計時器通電，輕推小車，從打出的紙帶判斷小車是否做勻速運動推小車，從打

14、出的紙帶判斷小車是否做勻速運動C將長木板的一端墊起適當?shù)母叨?，撤去紙帶以及砂和將長木板的一端墊起適當?shù)母叨?，撤去紙帶以及砂和砂桶，輕推小車，觀察判斷小車是否做勻速運動砂桶，輕推小車，觀察判斷小車是否做勻速運動(2)實驗中要進行質(zhì)量實驗中要進行質(zhì)量m和和M的選取，以下最合理的一組是的選取，以下最合理的一組是()AM200 g，m10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、40 gBM200 g，m20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 gCM400 g，m10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、40 gDM400 g，m20 g、40 g、60 g、80 g、

15、100 g、120 g(3)圖圖2是實驗中得到的一條紙帶，是實驗中得到的一條紙帶，A、B、C、D、E、F、G為為7個相鄰的計數(shù)點，相鄰的兩個計數(shù)點之間還有四個點未畫個相鄰的計數(shù)點，相鄰的兩個計數(shù)點之間還有四個點未畫出量出相鄰的計數(shù)點之間的距離分別為：出量出相鄰的計數(shù)點之間的距離分別為：sAB4.22 cm、sBC4.65 cm、sCD5.08 cm、sDE5.49 cm、sEF5.91 cm、sFG6.34 cm.已知打點計時器的工作頻率為已知打點計時器的工作頻率為50 Hz，則小車的加速度，則小車的加速度a_m/s2(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)圖圖2(一一)名師分析解題名師分

16、析解題(1)需要將長木板一端適當墊起一定高度，以平衡摩擦力，需要將長木板一端適當墊起一定高度，以平衡摩擦力，完成此項工作的標志就是不掛砂桶條件下小車能帶動紙帶勻速完成此項工作的標志就是不掛砂桶條件下小車能帶動紙帶勻速運動運動(通過打點計時器點痕間隔是否均勻判定通過打點計時器點痕間隔是否均勻判定)(二二)調(diào)用所學(xué)解題調(diào)用所學(xué)解題(1)B(2)C(3)0.42(三三)同類提升演練同類提升演練1在做在做“驗證牛頓第二運動定律驗證牛頓第二運動定律”的實驗時，某學(xué)生將的實驗時，某學(xué)生將實驗裝置如下圖安裝，準備接通電源后開始做實驗，但他的裝實驗裝置如下圖安裝，準備接通電源后開始做實驗，但他的裝置圖中有幾個

17、明顯的錯誤，請寫出兩個：置圖中有幾個明顯的錯誤，請寫出兩個：(1)_；(2)_解析解析實驗中打點計時器不能用直流電源，沒有平衡摩實驗中打點計時器不能用直流電源，沒有平衡摩擦力，小車沒有靠近打點計時器擦力，小車沒有靠近打點計時器答案答案(1)不能用直流電源不能用直流電源(2)沒有平衡摩擦力沒有平衡摩擦力題后反思題后反思本題主要考查實驗操作及注意事項，只要對本題主要考查實驗操作及注意事項，只要對這些有一定的了解，解決此類問題較容易這些有一定的了解，解決此類問題較容易例例2如圖甲所示為實驗中用打點計時器打出的一條較理如圖甲所示為實驗中用打點計時器打出的一條較理想的紙帶，紙帶上想的紙帶，紙帶上A、B、

18、C、D、E、F、G為七個相鄰的計數(shù)為七個相鄰的計數(shù)點，相鄰計數(shù)點間的時間間隔是點，相鄰計數(shù)點間的時間間隔是0.1 s，距離如圖甲所示，單位，距離如圖甲所示，單位是是cm，小車的加速度是，小車的加速度是_m/s2，在驗證質(zhì)量一定時加速，在驗證質(zhì)量一定時加速度度a和合外力和合外力F的關(guān)系時，某學(xué)生根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出了如圖乙所的關(guān)系時，某學(xué)生根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出了如圖乙所示的示的aF圖象，其原因是圖象，其原因是_(二二)調(diào)用所學(xué)解題調(diào)用所學(xué)解題16平衡摩擦力過度平衡摩擦力過度題后反思題后反思a的計算用公式的計算用公式xaT2，通過計算平均值確，通過計算平均值確定定a的大小，平均值的求解用逐差法計算較為精確

19、，的大小，平均值的求解用逐差法計算較為精確，aF圖象圖象的形狀為不過原點的直線，表明平衡摩擦力的操作存在問題的形狀為不過原點的直線，表明平衡摩擦力的操作存在問題(三三)同類提升演練同類提升演練22010江蘇卷，江蘇卷，11為了探究受到空氣阻力時，物體運為了探究受到空氣阻力時，物體運動速度隨時間的變化規(guī)律，某同學(xué)采用了動速度隨時間的變化規(guī)律，某同學(xué)采用了“加速度與物體質(zhì)加速度與物體質(zhì)量、物體受力關(guān)系量、物體受力關(guān)系”的實驗裝置的實驗裝置(如圖所示如圖所示)實驗時，平衡小實驗時，平衡小車與木板之間的摩擦力后，在小車上安裝一薄板，以增大空氣車與木板之間的摩擦力后，在小車上安裝一薄板，以增大空氣對小車

20、運動的阻力對小車運動的阻力(1)往砝碼盤中加入一小砝碼，在釋放小車往砝碼盤中加入一小砝碼，在釋放小車_(選選填填“之前之前”或或“之后之后”)接通打點計時器的電源，在紙帶上打出接通打點計時器的電源，在紙帶上打出一系列的點一系列的點(2)從紙帶上選取若干計數(shù)點進行測量，得出各計數(shù)點的時從紙帶上選取若干計數(shù)點進行測量，得出各計數(shù)點的時間間t與速度與速度v的數(shù)據(jù)如下表：的數(shù)據(jù)如下表：時間時間t/ s00.501.001.502.002.50速度速度v/(ms1)0.120.190.230.260.280.29請根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出小車的請根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出小車的vt圖象圖象(3)通過對實驗結(jié)果的分析，該同

21、學(xué)認為：隨著運動速度的通過對實驗結(jié)果的分析，該同學(xué)認為：隨著運動速度的增加，小車所受的空氣阻力將變大你是否同意他的觀點？請增加，小車所受的空氣阻力將變大你是否同意他的觀點？請根據(jù)根據(jù)vt圖象簡要闡述理由圖象簡要闡述理由解析解析應(yīng)先接通打點計時器的電源，再釋放紙帶，否則應(yīng)先接通打點計時器的電源，再釋放紙帶，否則紙帶前端甚至整條紙帶不能準確記錄數(shù)據(jù)點；紙帶前端甚至整條紙帶不能準確記錄數(shù)據(jù)點；vt圖象如圖所圖象如圖所示；在示；在vt圖象中，速度越大時，加速度越小，小車受到的合圖象中，速度越大時，加速度越小，小車受到的合力越小，則小車受空氣阻力越大力越小，則小車受空氣阻力越大答案答案(1)之前之前(2

22、)見解析見解析(3)同意在同意在vt圖象中，速度越大時，加速度越小，小車圖象中，速度越大時，加速度越小，小車受到的合力越小，則小車受空氣阻力越大受到的合力越小，則小車受空氣阻力越大例例32011重慶理綜，重慶理綜，22(2)某同學(xué)設(shè)計了如圖甲所示的某同學(xué)設(shè)計了如圖甲所示的裝置，利用米尺、秒表、輕繩、輕滑輪、軌道、滑塊、托盤和裝置，利用米尺、秒表、輕繩、輕滑輪、軌道、滑塊、托盤和砝碼等器材來測定滑塊和軌道間的動摩擦因數(shù)砝碼等器材來測定滑塊和軌道間的動摩擦因數(shù).滑塊和托盤上滑塊和托盤上分別放有若干砝碼，滑塊質(zhì)量為分別放有若干砝碼，滑塊質(zhì)量為M，滑塊上砝碼總質(zhì)量為，滑塊上砝碼總質(zhì)量為m，托盤和盤中砝碼的總質(zhì)量為托盤和盤中砝碼的總質(zhì)量為m.實驗中，滑塊在水平軌道上從實驗中，滑塊在水平軌道上從A到到B做初速為零的勻加速直線運動，重力加速度做初速為零的勻加速直線運動，重力加速度g取取10 m/s2.(1)為測量滑塊的加速度為測量滑塊的加速度a，須測出它在，須測出它在A、B間運動的間運動的_與與_，計算，計算a的運動學(xué)公式是的運動學(xué)公式是_；(三三)同類提升演練同類提升演練3象打點計時器一樣，光電計時器也是一種研究物體運象打點計時器一樣，光電計時器也是一種研究物體運動情況的常用計時儀器，其結(jié)構(gòu)如圖