高考總復(fù)習(xí)物理課件必修1第3章實驗四 驗證牛頓運動定律

1、目錄目錄實驗四驗證牛頓運動定律實驗四驗證牛頓運動定律本節(jié)目本節(jié)目錄錄基礎(chǔ)理論儲備基礎(chǔ)理論儲備知能優(yōu)化演練知能優(yōu)化演練創(chuàng)新實驗評析創(chuàng)新實驗評析經(jīng)典例題展示經(jīng)典例題展示目錄目錄基礎(chǔ)理論儲備基礎(chǔ)理論儲備實驗?zāi)康膶嶒災(zāi)康?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驗證牛頓運動定律驗證牛頓運動定律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)用的基本方法是控的關(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，討論不變，討論加速度加速度a與力與力F的關(guān)系

2、，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不變，改變小車質(zhì)量不變，改變小車質(zhì)量M，討論加速度，討論加速度a與與M的關(guān)系的關(guān)系目錄目錄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、的長木板、小盤、砝碼、夾子、細繩、低壓交流電源、導(dǎo)線、天平導(dǎo)線、天平(帶有一套砝碼帶有一套砝碼)、刻度尺、刻度尺目錄目錄實驗步驟實驗步驟1用天平測量小盤的質(zhì)量用天平測量小盤的質(zhì)量m0和小車的質(zhì)量和小車的質(zhì)量M0.2按照如圖所示裝置把實驗器材安裝好，只是不把懸掛小按照如圖所示

3、裝置把實驗器材安裝好，只是不把懸掛小盤的細繩系在小車上盤的細繩系在小車上(即不給小車牽引力即不給小車牽引力)目錄目錄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)移動薄木塊的位置，直至小車在斜面上運塊薄木塊，反復(fù)移動薄木塊的位置，直至小車在斜面上運動時可以保持勻速運動狀態(tài)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的摩擦力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定滑輪懸掛小盤，小盤里放砝把細繩系在小車上并繞過定滑輪懸掛小盤，

4、小盤里放砝碼，先接通電源再放開小車，打點計時器在紙帶上打下一碼，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計算小盤和砝碼的重力，在小盤和砝碼的質(zhì)量系列的點計算小盤和砝碼的重力，在小盤和砝碼的質(zhì)量遠小于小車質(zhì)量的條件下遠小于小車質(zhì)量的條件下,可以認為等于小車所受的合外力可以認為等于小車所受的合外力,由紙帶計算出小車的加速度，并把力和對應(yīng)的加速度填入由紙帶計算出小車的加速度，并把力和對應(yīng)的加速度填入表表(一一)中中目錄目錄5改變小盤內(nèi)砝碼的個數(shù)，重復(fù)步驟改變小盤內(nèi)砝碼的個數(shù)，重復(fù)步驟4，并多做幾次，并多做幾次6保持小盤內(nèi)的砝碼個數(shù)不變，在小車上放上砝碼改變小保持小盤內(nèi)的砝碼個數(shù)不變，在

5、小車上放上砝碼改變小車的質(zhì)量，讓小車在木板上滑動打出紙帶計算砝碼和小車的質(zhì)量，讓小車在木板上滑動打出紙帶計算砝碼和小車的總質(zhì)量車的總質(zhì)量M，并由紙帶計算出小車對應(yīng)的加速度，并由紙帶計算出小車對應(yīng)的加速度7改變小車上砝碼的個數(shù)，重復(fù)步驟改變小車上砝碼的個數(shù)，重復(fù)步驟6，并將所對應(yīng)的質(zhì)，并將所對應(yīng)的質(zhì)量和加速度填入表量和加速度填入表(二二)中中表表(一一)實驗次數(shù)實驗次數(shù)12345a/(ms2)小車受力小車受力F/N目錄目錄表表(二二)實驗次數(shù)實驗次數(shù)12345a/(ms2)小車、砝碼總小車、砝碼總質(zhì)量質(zhì)量M/kg1/M(kg1)目錄目錄目錄目錄目錄目錄2摩擦力平衡不準確造成誤差，在平衡摩擦力時，

6、除了不摩擦力平衡不準確造成誤差，在平衡摩擦力時，除了不掛小盤外，其他的均與正式實驗一樣掛小盤外，其他的均與正式實驗一樣(比如要掛好紙帶、接比如要掛好紙帶、接通打點計時器通打點計時器)，勻速運動的標志是打點計時器打出的紙帶，勻速運動的標志是打點計時器打出的紙帶上各相鄰兩點間的距離相等上各相鄰兩點間的距離相等3質(zhì)量的測量誤差、紙帶上打點計時器打點間隔距離的測質(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、細繩或紙帶不與木板平行等都會引起誤差量誤差、細繩或紙帶不與木板平行等都會引起誤差目錄目錄注意事項注意事項1在平衡摩擦力時在平衡摩擦力時,不要把懸掛小盤的細繩系在小車上不要把懸掛小盤的細繩系

7、在小車上,即即不要給小車加任何牽引力不要給小車加任何牽引力,并要讓小車拖著紙帶勻速運動并要讓小車拖著紙帶勻速運動2整個實驗平衡了摩擦力后，不管以后是改變小盤和砝碼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的總質(zhì)量，都不需要重新平的總質(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衡摩擦力3每條紙帶都必須在滿足小車的質(zhì)量遠大于小盤和砝碼的每條紙帶都必須在滿足小車的質(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，小盤和砝碼的總重力才總質(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可視為小車受到的拉力目錄目錄4改變拉力和小車質(zhì)量后，每次開始

8、時小車應(yīng)盡量靠近打改變拉力和小車質(zhì)量后，每次開始時小車應(yīng)盡量靠近打點計時器，并應(yīng)先接通電源，再放開小車，且應(yīng)在小車到點計時器，并應(yīng)先接通電源，再放開小車，且應(yīng)在小車到達定滑輪前按住小車達定滑輪前按住小車5作圖象時，要使盡可能多的點在所作直線上，不在直線作圖象時，要使盡可能多的點在所作直線上，不在直線上的點應(yīng)盡可能對稱地分布在所作直線的兩側(cè)上的點應(yīng)盡可能對稱地分布在所作直線的兩側(cè)6作圖時兩軸標度比例要適當，各量須采用國際單位這作圖時兩軸標度比例要適當，各量須采用國際單位這樣作圖線時，坐標點間距不至于過密，誤差會小些樣作圖線時，坐標點間距不至于過密，誤差會小些目錄目錄7為提高測量精度為提高測量精度

9、(1)應(yīng)舍掉紙帶上開頭比較密集的點，在后邊便于測量的地應(yīng)舍掉紙帶上開頭比較密集的點，在后邊便于測量的地方找一個起點方找一個起點(2)可以把每打五次點的時間作為時間單位，即從開始點起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，則相鄰計數(shù)點間的時間間隔為每五個點標出一個計數(shù)點，則相鄰計數(shù)點間的時間間隔為T0.1 s.目錄目錄拓展創(chuàng)新拓展創(chuàng)新本實驗中可以用氣墊導(dǎo)軌來代替長木板本實驗中可以用氣墊導(dǎo)軌來代替長木板,這樣就省去了平這樣就省去了平衡小車摩擦力的麻煩衡小車摩擦力的麻煩,小車的加速度也可以利用傳感器，小車的加速度也可以利用傳感器，借助于計算機來處理借助于計算機來處理

10、目錄目錄考點考點1對實驗操作與原理的考查對實驗操作與原理的考查 (2012高考安徽卷高考安徽卷)如圖甲為如圖甲為“驗證牛頓第二定律驗證牛頓第二定律”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.實驗中用砂和砂桶的總重力的大小作為細線實驗中用砂和砂桶的總重力的大小作為細線對小車拉力的大小對小車拉力的大小甲甲經(jīng)典例題展示經(jīng)典例題展示目錄目錄(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先調(diào)節(jié)長木板一端滑輪的高度，使細線與

11、長木板平行接下來還需要進行的一項操作是接下來還需要進行的一項操作是()A將長木板水平放置將長木板水平放置,讓小車連著已經(jīng)穿過打點計時器的讓小車連著已經(jīng)穿過打點計時器的紙帶紙帶,給打點計時器通電，調(diào)節(jié)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

12、速運動輕推小車，從打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目錄目錄(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、4

13、0 g、60 g、80 g、100 g、120 g目錄目錄(3)如圖乙是實驗中得到的一條紙帶如圖乙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相鄰的兩個計數(shù)點之間還有四個點未畫出出.量出相鄰的計數(shù)點之間的距離分別為：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，則小車的加速度速度a_m/s2(結(jié)果保留結(jié)果保留2位有效數(shù)字位有效

14、數(shù)字)乙乙目錄目錄目錄目錄【答案答案】(1)B(2)C(3)0.42目錄目錄考點考點2實驗數(shù)據(jù)的處理和誤差分析實驗數(shù)據(jù)的處理和誤差分析 (2013南平模擬南平模擬)某組同學(xué)設(shè)計了某組同學(xué)設(shè)計了“探究加速度探究加速度a與物體與物體所受合力所受合力F及質(zhì)量及質(zhì)量m的關(guān)系的關(guān)系”實驗圖為實驗裝置簡圖，實驗圖為實驗裝置簡圖，A為為小車，小車，B為電火花計時器，為電火花計時器，C為裝有細砂的小桶，為裝有細砂的小桶，D為一端帶為一端帶有定滑輪的長方形木板，實驗中認為細繩對小車的拉力有定滑輪的長方形木板，實驗中認為細繩對小車的拉力F等等于細砂和小桶的總重量于細砂和小桶的總重量目錄目錄(1)在在“探究加速度探

15、究加速度a與質(zhì)量與質(zhì)量m的關(guān)系的關(guān)系”時，某同學(xué)按照自己時，某同學(xué)按照自己的方案將實驗數(shù)據(jù)在坐標系中進行了標注，但尚未完成圖象的方案將實驗數(shù)據(jù)在坐標系中進行了標注，但尚未完成圖象(如圖甲所示如圖甲所示)請繼續(xù)幫助該同學(xué)作出坐標系中的圖象請繼續(xù)幫助該同學(xué)作出坐標系中的圖象 甲乙甲乙(2)在在“探究加速度探究加速度a與合力與合力F的關(guān)系的關(guān)系”時，該同學(xué)根據(jù)實驗時，該同學(xué)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出了加速度數(shù)據(jù)作出了加速度a與合力與合力F的圖線如圖乙，該圖線不通過的圖線如圖乙，該圖線不通過坐標原點，試分析圖線不通過坐標原點的原因坐標原點，試分析圖線不通過坐標原點的原因目錄目錄【解析解析】(1)將坐標系中各點連

16、成一條將坐標系中各點連成一條直線，連接時應(yīng)使直線過盡可能多的點，直線，連接時應(yīng)使直線過盡可能多的點，不在直線上的點應(yīng)大致對稱地分布在直不在直線上的點應(yīng)大致對稱地分布在直線的兩側(cè)，離直線較遠的點應(yīng)視為錯誤線的兩側(cè)，離直線較遠的點應(yīng)視為錯誤數(shù)據(jù)，不予考慮，連線如圖所示數(shù)據(jù)，不予考慮，連線如圖所示(2)圖線與橫軸有截距，說明實驗前沒有平衡摩擦力或平衡圖線與橫軸有截距，說明實驗前沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不夠摩擦力不夠【答案答案】(1)見解析見解析(2)實驗前沒有平衡摩擦力或平衡摩實驗前沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不夠擦力不夠目錄目錄創(chuàng)新實驗評析創(chuàng)新實驗評析【范例范例】如圖所示的實驗裝置可以驗證牛頓運動

17、定律，小如圖所示的實驗裝置可以驗證牛頓運動定律，小車上固定一個盒子，盒子內(nèi)盛有砂子砂桶的總質(zhì)量車上固定一個盒子，盒子內(nèi)盛有砂子砂桶的總質(zhì)量(包括包括桶以及桶內(nèi)砂子質(zhì)量桶以及桶內(nèi)砂子質(zhì)量)記為記為m，小車的總質(zhì)量，小車的總質(zhì)量(包括車、盒子包括車、盒子及盒內(nèi)砂子質(zhì)量及盒內(nèi)砂子質(zhì)量)記為記為M.目錄目錄(1)驗證在質(zhì)量不變的情況下，加速度與合力成正比從盒驗證在質(zhì)量不變的情況下，加速度與合力成正比從盒子中取出一些砂子，裝入砂桶中，稱量并記錄砂桶的總重子中取出一些砂子，裝入砂桶中，稱量并記錄砂桶的總重力力mg，將該力視為合力，將該力視為合力F，對應(yīng)的加速度，對應(yīng)的加速度a則從打下的紙帶則從打下的紙帶中

18、計算得出多次改變合力中計算得出多次改變合力F的大小，每次都會得到一個的大小，每次都會得到一個相應(yīng)的加速度本次實驗中，桶內(nèi)的砂子取自小車中，故相應(yīng)的加速度本次實驗中，桶內(nèi)的砂子取自小車中，故系統(tǒng)的總質(zhì)量不變以合力系統(tǒng)的總質(zhì)量不變以合力F為橫軸，以加速度為橫軸，以加速度a為縱軸，為縱軸，畫出畫出aF圖象，圖象是一條過原點的直線圖象，圖象是一條過原點的直線目錄目錄aF圖象斜率的物理意義是圖象斜率的物理意義是_你認為把砂桶的總重力你認為把砂桶的總重力mg當做合力當做合力F是否合理？是否合理？答：答：_.(選填選填“合理合理”或或“不合理不合理”)本次實驗中，是否應(yīng)該滿足本次實驗中，是否應(yīng)該滿足Mm這樣的條件？這樣的條件？答：答：_(選填選填“是是”或或“否否”)；理由是理由是_ 目錄目錄(2)驗證在合力不變的情況下，加速度與質(zhì)量成反比保持驗證在合力不變的情況下，加速度與質(zhì)量成反比保持桶內(nèi)砂子質(zhì)量桶內(nèi)砂子質(zhì)量m不變，在盒子內(nèi)添加或去掉一些砂子，驗不變，在盒子內(nèi)添加或去掉一些砂子，驗證加速度與質(zhì)量的關(guān)系本次實驗中，桶內(nèi)的砂子總質(zhì)量證加速度與質(zhì)量的關(guān)系本次實驗中，桶內(nèi)的砂子總質(zhì)量不變，故系統(tǒng)所受的合力不變用圖象法處理數(shù)據(jù)