高考物理 實驗：驗證牛頓運動定律基礎知識自學課件

1、實驗：驗證牛頓運動定律 一、實驗目的 驗證牛頓運動定律，即質量一定時，加速度與作用力成正比；作用力一定時，加速度與質量成反比。 二、實驗原理 采用控制變量法，當研究對象有兩個以上的參量發(fā)生牽連變化時，我們設法控制某些參量不變，而研究其中兩個參量之間的變化關系的方法，是物理實驗中經常采取的一種方法。本實驗的參量有、m、a三個參量，研究加速度a與及m的關系時，我們先控制一個參量，驗證牛頓第二定律實驗要求先控制小車的質量m不變，討論a與的關系后，再控制小盤砝碼的質量不變，即不變，改變小車的質量，討論a與m的關系。 三、實驗器材 打點計時器、紙帶及復寫紙片、小車、一端附有定滑輪的長木板、薄木板、小盤、

2、細繩、低壓交流電源、兩根導線、天平(帶有一套砝碼)、刻度尺、砝碼。 1.用天平測出小車和小盤的質量m和m0，把數(shù)值記錄下來。 2.按圖把實驗器材安裝好，只是不把懸掛小盤的細繩系在小車上(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上一塊薄木板，反復移動木板的位置，直至小車在斜面上運動時保持勻速運動狀態(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的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。先接通電源再放開小車，取下紙帶，在打點紙帶上標上紙帶號碼。四、實驗步驟 5.保持小車的質量不變，在小盤內放入m的砝碼，重復步驟4，在小盤內分別放入質

3、量m，m的砝碼，再重復步驟4。m，m，m的數(shù)值都要記錄在紙帶上(或自己設計的表格內)。 6.在每條紙帶上都選取一段比較理想的部分，按“研究勻變速直線運動”實驗中的方法，算出每條紙帶的加速度a。 7.用縱坐標表示加速度，橫坐標表示力，根據(jù)實驗結果在坐標平面上畫出相應的點，若這些點在一條直線上，便證明了加速度與作用力成正比。 8.保持小盤與砝碼的質量不變，在小車上依次加砝碼(也需作好記錄)，重復上述步驟4和6。用縱坐標表示加速度a，橫坐標表示小車及砝碼總質量的倒數(shù)，在坐標平面上根據(jù)實驗結果畫出相應的點，如果這些點在一條直線上，就證明加速度與質量成反比。 五、注意事項 1.一定要做好平衡摩擦力的工作

4、，也就是調出一個合適的斜面，使小車的重力沿著斜面方向的分力正好平衡小車受的摩擦阻力。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運動。 2.實驗步驟2、3不需要重復，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量還是改變小車和砝碼的總質量，都不需要重新平衡摩擦力。 3.每條紙帶必須在滿足小車與車上所加砝碼的總質量遠大于小盤和砝碼的總質量的條件下打出。只有如此，小盤和砝碼的總重力的大小才可視為小車受到的拉力的大小。 4.改變拉力和小車質量后，每次開始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，且應在小車到達滑輪前按住小

5、車。 5.作圖象時，要使盡可能多的點在所作直線上，不在直線上的點應盡可能對稱分布在所作直線兩側。 6.作圖時兩軸標度比例要選擇適當。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。 7.為提高測量精度 (1)應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。 (2)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T=0.1 s。 8.調整定滑輪的高度，保證細繩與長木板平行。 六、誤差分析 1.質量的測量誤差，紙帶上打點計時器打點間隔距離的測量誤差，細線或紙帶不與木板平行等都會造成誤差。 2.因實驗原理不完善造成

6、誤差。 本實驗中用小盤和砝碼的總重力代替小車受到的拉力(實際上小車受到的拉力要小于小盤和砝碼的總重力)，存在系統(tǒng)誤差。小盤和砝碼的總質量越接近小車的質量，誤差就越大；反之，小盤和砝碼的總質量越小于小車的質量，誤差就越小。 3.平衡摩擦力不準造成誤差。 在平衡摩擦力時，除了不掛小盤外，其他的都跟正式實驗一樣(比如要掛好紙帶、接通打點計時器)，勻速運動的標志是打點計時器打出的紙帶上各點的距離相等。 為何小盤及砝碼的總重力不等于繩子的拉力？如何才能減小由此造成的測量誤差？這是產生系統(tǒng)誤差的原因，分析如下：令小車帶上紙帶在斜面上平衡摩擦力后掛上小盤，使小車和小盤一起加速運動時繩的拉力大小為FT，小車總

7、質量為M，盤和砝碼總質量為m，它們的加速度為a，由牛頓第二定律：對M有FT=Ma，對m有mg-FT=ma。聯(lián)立解得FT=Mmg/(M+m)=mg/(1+m/M)?？梢?，欲使FTmg，則必有m/M0，故有m20m，否則，系統(tǒng)誤差較大?！纠?】在探究加速度與力、質量的關系實驗中，采用如圖所 示的實驗裝置，小車及車中砝碼的質量用M表示，盤及盤中砝 碼的質量用m表示，小車的加速度可由小車后拖動的紙帶由打 點計時器打上的點計算出。 (1)當M與m的大小關系滿足_時，才可以認為繩對小車的 拉力大小等于盤及盤中砝碼的重力。 (2)一組同學在做加速度與質量的關系實驗時，保持盤及盤中砝 碼的質量一定，改變小車及

8、車中砝碼的質量，測 出相應的加速度，采用圖象法處理數(shù)據(jù)。為了比 較容易地確定出加速度a與質量M的關系，應該作 a與_的圖象。 (3)如圖(a)為甲同學根據(jù)測量數(shù)據(jù)作出的a-F圖 線，說明實驗存在的問題主要是_。 (4)乙、丙同學用同一裝置做實驗，畫出了各自得到 的a-F圖線如圖(b)所示，兩個同學做實驗時 的哪一個物理量取值不同？_?？键c1 實驗原理、實驗器材、實驗步驟的考查 【解析】(1)Mm時，才可以認為繩對小車的拉力大小等于盤中砝碼的重力。 (2)因由實驗畫的a-M圖象是一條曲線，難以判定它所對應的函數(shù)式，從而難以確定a與M的定量關系，所以在實驗中應作a-(1/M)圖象而不是a-M圖象來

9、分析實驗結果。 (3)圖(a)甲同學根據(jù)測量數(shù)據(jù)作出的a-F圖線沒有過原點，圖象交于F軸上一點，說明沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不夠。 (4)乙、丙同學用同一裝置做實驗，畫出了各自得到的a-F圖線，兩圖象的斜率不同，說明兩個同學做實驗時的小車及車上砝碼的總質量不同。 【答案】(1)Mm (2)1/M (3)沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不夠 (4)小車及車上的砝碼的總質量不同在做“驗證牛頓運動定律”的實驗時，按實驗要求安裝好器材后，應按一定的步驟進行實驗，下列給出供選擇的操作步驟：A.保持小桶和砂的質量不變，在小車里加砝碼，測出加速度，重復幾次B.保持小車質量不變，改變小桶和砂的質量，測出加速度，重

10、復幾次C.用天平測出小車和小桶的質量D.在長木板沒有定滑輪的一端墊上厚度合適的墊木，平衡摩擦力E.根據(jù)測出的數(shù)據(jù)，分別畫出a-F和a-(1/m)的圖線F.用秒表測出小車運動的時間G.將裝有砂子的小桶用細線通過定滑輪系到小車上，接通電源，釋放小車， 在紙帶上打下一系列的點以上步驟中，不必要的步驟是:_，正確步驟的合理順序是：_(填寫代表字母)。FC、 D、 G、 A、 B(或B、A)、E考點2 實驗數(shù)據(jù)的處理及誤差分析【例2】“探究加速度與物體質量、物 體受力的關系”的實驗裝置如圖 所示。 (1)在平衡小車與桌面之間摩擦力 的過程中，打出了一條紙帶如 圖所示。計時器打點的時 間間隔為0.02 s

11、。從比較清晰的點起，每5個點取一個計數(shù) 點，量出相鄰計數(shù)點之間的距離。該小車的加速度 a=_m/s2。 (結果保留兩位有效數(shù)字) 【解析】本題考查探究加速度與物體質量、物體受力的關系實驗，考查學生分析實驗數(shù)據(jù)的能力。 m/s20.16 m/s2 (2)如右圖所示 (3)未計入砝碼盤的重力。(2)平衡摩擦力后，掛上砝碼盤，然后每次取一個砝碼添加到砝碼盤中，測量小車 的加速度。小車的加速度a與砝碼盤中砝碼總重力F的實驗數(shù)據(jù)如下表：(3)根據(jù)提供的實驗數(shù)據(jù)作出的a-F圖線不通過原點， 請說明主要原因。砝碼盤中砝碼總重力F(N)0.1960.3920.5880.7840.980加速度a(ms-2)0.

12、691.181.662.182.70請根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出a-F的關系圖象。 【答案】(1)0.16(0.15也算對) (2)見解析圖 (3)未計入砝碼盤的重力2010年高考山東理綜某同學設計了如圖所示的裝置來探究加速度與力的關系。彈簧秤固定在一合適的木板上，桌面的右邊緣固定一支表面光滑的鉛筆以代替定滑輪，細繩的兩端分別與彈簧秤的掛鉤和礦泉水瓶連接。在桌面上畫出兩條平行線MN、PQ，并測出間距d。開始時將木板置于MN處，現(xiàn)緩慢向瓶中加水，直到木板剛剛開始運動為止，記下彈簧秤的示數(shù)F0，以此表示滑動摩擦力的大小。再將木板放回原處并按住，繼續(xù)向瓶中加水后，記下彈簧秤的示數(shù)F1，然后釋放木板，并用秒表記

13、下木板運動到PQ處的時間t。(1)木板的加速度可以用d、t表示為a=_；為了減小測量加速 度的偶然誤差可以采用的方法是(一種即可) _。 (2)改變瓶中水的質量重復實驗，確定加速度a與彈簧秤示數(shù)F1的關系。下列圖象能表示該同學實驗結果的是( )(3)用加水的方法改變拉力的大小與掛鉤碼的方法相比，它的優(yōu)點是_。A.可以改變滑動摩擦力的大小B.可以更方便地獲取多組實驗數(shù)據(jù)C.可以比較精確地測出摩擦力的大小D.可以獲得更大的加速度以提高實驗精度 【答案】(1)2d/t2 保持F1不變，重復實驗多次測量，求平均值 (2)C (3)B、C9、靜夜四無鄰，荒居舊業(yè)貧。2022/10/162022/10/1

14、6Sunday, October 16, 202210、雨中黃葉樹，燈下白頭人。2022/10/162022/10/162022/10/1610/16/2022 1:50:57 AM11、以我獨沈久，愧君相見頻。2022/10/162022/10/162022/10/16Oct-2216-Oct-2212、故人江海別，幾度隔山川。2022/10/162022/10/162022/10/16Sunday, October 16, 202213、乍見翻疑夢，相悲各問年。2022/10/162022/10/162022/10/162022/10/1610/16/202214、他鄉(xiāng)生白發(fā)，舊國見青山。

15、16 十月 20222022/10/162022/10/162022/10/1615、比不了得就不比，得不到的就不要。十月 222022/10/162022/10/162022/10/1610/16/202216、行動出成果，工作出財富。2022/10/162022/10/1616 October 202217、做前，能夠環(huán)視四周；做時，你只能或者最好沿著以腳為起點的射線向前。2022/10/162022/10/162022/10/162022/10/169、沒有失敗，只有暫時停止成功！。2022/10/162022/10/16Sunday, October 16, 202210、很多事情努力

16、了未必有結果，但是不努力卻什么改變也沒有。2022/10/162022/10/162022/10/1610/16/2022 1:50:57 AM11、成功就是日復一日那一點點小小努力的積累。2022/10/162022/10/162022/10/16Oct-2216-Oct-2212、世間成事，不求其絕對圓滿，留一份不足，可得無限完美。2022/10/162022/10/162022/10/16Sunday, October 16, 202213、不知香積寺，數(shù)里入云峰。2022/10/162022/10/162022/10/162022/10/1610/16/202214、意志堅強的人能把世

17、界放在手中像泥塊一樣任意揉捏。16 十月 20222022/10/162022/10/162022/10/1615、楚塞三湘接，荊門九派通。十月 222022/10/162022/10/162022/10/1610/16/202216、少年十五二十時，步行奪得胡馬騎。2022/10/162022/10/1616 October 202217、空山新雨后，天氣晚來秋。2022/10/162022/10/162022/10/162022/10/169、楊柳散和風，青山澹吾慮。2022/10/162022/10/16Sunday, October 16, 202210、閱讀一切好書如同和過去最杰出的

18、人談話。2022/10/162022/10/162022/10/1610/16/2022 1:50:57 AM11、越是沒有本領的就越加自命不凡。2022/10/162022/10/162022/10/16Oct-2216-Oct-2212、越是無能的人，越喜歡挑剔別人的錯兒。2022/10/162022/10/162022/10/16Sunday, October 16, 202213、知人者智，自知者明。勝人者有力，自勝者強。2022/10/162022/10/162022/10/162022/10/1610/16/202214、意志堅強的人能把世界放在手中像泥塊一樣任意揉捏。16 十月 20222022/10/162022/10/162022/10/1615、最具挑戰(zhàn)性的挑戰(zhàn)莫過于提升自我。十月 222022/10/162022/10/162022/10/1610/16/202216、業(yè)余生活要