(通用版)2020版高考物理大一轮复习3.4实验4验证牛顿运动定律课件新人教版.pptx
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1、实验4 验证牛顿运动定律,-2-,一、实验目的 1.学会用控制变量法研究物理规律。 2.探究加速度与力、质量的关系。 3.掌握利用图像处理数据的方法。 二、实验原理 1.保持质量不变,探究加速度跟合外力的关系。 2.保持合外力不变,探究加速度与质量的关系。 3.作出a-F图像和a- 图像,确定其关系。 三、实验器材 打点计时器、纸带、复写纸、小车、一端附有定滑轮的长木板、小盘、夹子、细绳、低压交流电源、导线、天平、刻度尺、砝码、薄木块。,-3-,四、实验步骤 1.称量质量用天平测量小盘的质量m1和小车的质量m2。 2.安装器材按照如图所示装置把实验器材安装好,只是不把悬挂小盘的细绳系在小车上(
2、即不给小车牵引力)。,3.平衡摩擦力在长木板不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木块,反复移动薄木块的位置,直至小车能拉着纸带匀速下滑。,-4-,4.测量加速度 (1)保持小车的质量不变,把小车靠近打点计时器,挂上小盘和砝码,先接通电源,再让小车拖着纸带在木板上匀加速下滑,打出一条纸带。计算小盘和砝码的重力,即为小车所受的合力,由纸带计算出小车的加速度,并把力和对应的加速度填入表(一)中。改变小盘内砝码的个数,并多做几次。 (2)保持小盘内的砝码个数不变,在小车上放上砝码改变小车的质量,让小车在木板上滑动打出纸带。计算砝码和小车的总质量m0,并由纸带计算出小车对应的加速度,并将所对应的质量和加速度填
3、入表(二)中。改变小车上砝码的个数,并多做几次。,-5-,-6-,-7-,五、数据处理 1.计算加速度先在纸带上标明计数点,测量各计数点间的距离,根据逐差法计算各条纸带对应的加速度。 2.作图像找关系根据记录的各组对应的加速度a与小车所受牵引力F,建立直角坐标系,描点画a-F图像,如果图像是一条过原点的倾斜直线,便证明加速度与作用力成正比;根据记录的各组对应的加速度a与小车和砝码总质量m0,建立直角坐标系,描点画a- 图像,如果图像是一条过原点的倾斜直线,就证明了加速度与质量成反比。,-8-,六、误差分析 1.测量误差 (1)质量的测量。 (2)打点间隔距离的测量。 2.操作误差 (1)拉线或
4、纸带与木板不平行。 (2)倾斜角度不当,平衡摩擦力不到位。 3.原理误差 本实验中用小盘和砝码的总重力代替小车受到的拉力(实际上小车受到的拉力要小于小盘和砝码的总重力),存在系统误差。,-9-,七、注意事项 1.平衡摩擦力:在平衡摩擦力时,不要将悬挂小盘的细绳系在小车上,即不要给小车加任何牵引力,且要让小车拖着纸带匀速运动。 2.不重复平衡摩擦力:整个实验平衡了摩擦力后,不管以后是改变小盘和砝码的总质量还是改变小车和砝码的总质量,都不需要重新平衡摩擦力。 3.实验条件:每条纸带都必须在满足小车的质量远大于小盘和砝码的总质量的条件下打出,只有如此,小盘和砝码的总重力才可视为小车受到的拉力。 4.
5、一先一后一按住:改变拉力和小车质量后,每次开始时小车应尽量靠近打点计时器,先接通电源,再放开小车,且在小车到达定滑轮前按住小车。 5.作图:作图时,两坐标轴的比例要适当,使尽可能多的点落在所作直线上,不在直线上的点尽可能对称地分布在所作直线两侧。,-10-,平衡摩擦力后,改变小车和砝码的总质量,为什么不需要再次平衡摩擦力? 提示:设平衡摩擦力时,长木板与水平桌面的夹角为,小车和砝码总质量为m,总是有mgsin =mgcos ,无论m多大,等式总是成立,所以不需要再次平衡摩擦力。,-11-,考点一,考点二,考点三,实验原理与操作 例1下图为验证牛顿第二定律的实验装置示意图。沙和沙桶的总质量为m,
6、小车和砝码的总质量为m0。实验中用沙和沙桶总重力的大小作为细线对小车拉力的大小。,-12-,考点一,考点二,考点三,(1)实验中,为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力,先调节长木板一端滑轮的高度,使细线与长木板平行。接下来还需要进行的一项操作是 (填正确答案标号)。 A.将长木板水平放置,让小车连着已经穿过打点计时器的纸带,给打点计时器通电,调节m的大小,使小车在沙和沙桶的牵引下运动,从打出的纸带判断小车是否做匀速运动 B.将长木板的另一端垫起适当的高度,让小车连着已经穿过打点计时器的纸带,撤去沙和沙桶,给打点计时器通电,轻推小车,从打出的纸带判断小车是否做匀速运动 C.将长木板的另一端
7、垫起适当的高度,撤去纸带以及沙和沙桶,轻推小车,观察判断小车是否做匀速运动,答案,解析,-13-,考点一,考点二,考点三,(2)实验中要进行质量m和m0的选取,以下最合理的一组是 (填正确答案标号)。 A.m0=200 g,m=10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、40 g B.m0=200 g,m=20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 g C.m0=400 g,m=10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、40 g D.m0=400 g,m=20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 g,答案,解析,-14-,考点一,考点二,考点三,
8、特别提醒1.实验操作步骤注意事项 (1)平衡小车的滑动摩擦力时,沙桶不能拴在小车上。 (2)改变小车质量时,不需要重新平衡摩擦力。 (3)实验过程中,应先接通电源,再放开小车。 2.实验原理的理解 (1)平衡小车摩擦力后,细绳的拉力即为小车的合外力。 (2)只有满足沙桶及桶内沙的总质量远小于小车和小车上砝码的总质量时,细绳的拉力才近似等于沙桶及桶内沙的总重力。,-15-,考点一,考点二,考点三,数据处理与误差分析 例2为了探究加速度与力、质量的关系,现提供如图甲所示的实验装置。(1)以下实验操作正确的是( ) A.将木板不带滑轮的一端适当垫高,使小车在砝码及砝码盘的牵引下恰好做匀速运动 B.调
9、节滑轮的高度,使细线与木板平行 C.先接通电源,后释放小车 D.实验中小车的加速度越大越好,-16-,考点一,考点二,考点三,(2)在实验中得到一条如图乙所示的纸带,已知相邻计数点间的时间间隔为T=0.1 s,且间距x1、x2、x3、x4、x5、x6已量出,分别为3.09 cm、3.43 cm、3.77 cm、4.10 cm、4.44 cm、4.77 cm,则小车的加速度a= m/s2。(结果保留2位有效数字),-17-,考点一,考点二,考点三,(3)有一组同学保持小车及车中的砝码质量一定,探究加速度a与所受外力F的关系,他们在轨道水平及倾斜两种情况下分别做了实验,得到了两条a-F图线,如图丙
10、所示。图线 (选填“”或“”)是在轨道倾斜的情况下得到的,小车及车中砝码的总质量m= kg。,-18-,考点一,考点二,考点三,解析:(1)将不带滑轮的木板一端适当垫高,在不挂钩码的情况下使小车恰好做匀速运动,以使小车的重力沿斜面的分力和摩擦力抵消,那么小车的合力就是细线的拉力,故选项A错误;细线的拉力为小车的合力,所以应调节定滑轮的高度使细线与木板平行,故选项B正确;实验时,应使小车靠近打点计时器由静止释放,先接通电源,后释放小车,故选项C正确;实验时,为了减小实验的误差,小车的加速度应适当大一些,但不是越大越好,故选项D错误。,(3)由图线可知,当F=0时,a0,也就是说当细线上没有拉力时
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