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1、第二章第二章 牛頓運動定律牛頓運動定律實驗四 驗證牛頓第二定律目 錄ONTENTS123目 錄ONTENTS123自 主 梳 理知識 梳理基礎 深化實驗目的實驗目的1學會用控制變量法研究物理規(guī)律學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及質量及質量M的關系時，應用的基本方法是控制變量法，即先的關系時，應用的基本方法是控制變量法，即先控制一個參量控制一個參量小車的質量小車的質量M不變，討論加速度不變，討論加速度a與力與力F的關系，再控制砝的關系，再控制砝碼和小盤的質量不變，
2、即力碼和小盤的質量不變，即力F不變，改變小車質量不變，改變小車質量M，討論加速度，討論加速度a與與M的關的關系系實驗器材實驗器材 打點計時器、紙帶、復寫紙片、小車、一端附有定滑輪的長木板、小盤、砝打點計時器、紙帶、復寫紙片、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、導線、天平碼、夾子、細繩、低壓交流電源、導線、天平(帶有一套砝碼帶有一套砝碼)、刻度尺、刻度尺自 主 梳 理知識 梳理基礎 深化實驗步驟實驗步驟1用天平測量小盤的質量用天平測量小盤的質量m0和小車的質量和小車的質量M0. 2把一端附有滑輪的長木板放在實驗桌上，把一端附有滑輪的長木板放在實驗桌上，并使滑輪伸出
3、桌面，把打點計時器固定在長木板并使滑輪伸出桌面，把打點計時器固定在長木板上遠離滑輪的一端，連接好電路上遠離滑輪的一端，連接好電路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，反復移動薄木板的位置，直至小車在斜面上運動時可以保持勻速運動狀態(tài)，這時小車動薄木板的位置，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恰好與小車所受重力在斜面方向上的分力平衡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4把細繩系在小車上并繞過定滑輪懸掛小盤，小盤里放砝碼，先接通電源再把細繩系
4、在小車上并繞過定滑輪懸掛小盤，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系列的點計算小盤和砝碼的重力，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，在小盤和砝碼的質量遠小于小車質量的條件下，可以認為等于小車所受的合在小盤和砝碼的質量遠小于小車質量的條件下，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，并把力和對應的加速度填入表外力，由紙帶計算出小車的加速度，并把力和對應的加速度填入表(一一)中中自 主 梳 理知識 梳理基礎 深化5改變小盤內砝碼的個數(shù)，重復步驟改變小盤內砝碼的個數(shù)，重復步驟4，并多做幾次，并多做幾次6保持小盤內的砝碼個數(shù)不變，在小車
5、上放上砝碼改變小車的質量，讓小車保持小盤內的砝碼個數(shù)不變，在小車上放上砝碼改變小車的質量，讓小車在木板上滑動打出紙帶計算砝碼和小車的總質量在木板上滑動打出紙帶計算砝碼和小車的總質量M，并由紙帶計算出小車對，并由紙帶計算出小車對應的加速度應的加速度7改變小車上砝碼的個數(shù)，重復步驟改變小車上砝碼的個數(shù)，重復步驟6，并將所對應的質量和加速度填入表，并將所對應的質量和加速度填入表(二二)中中表表(一一)自 主 梳 理知識 梳理基礎 深化表表(二二)數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理 1由表由表(一一)中數(shù)據(jù)畫出中數(shù)據(jù)畫出aF關系圖關系圖象如右圖所示象如右圖所示通過通過aF關系圖象，我們可以得出小關系圖象，我們可以得出小
6、車的加速度車的加速度a與力與力F成正比成正比2由表由表(二二)中數(shù)據(jù)畫出中數(shù)據(jù)畫出aM圖象及圖象及aM(1)圖象，如圖甲、乙所示圖象，如圖甲、乙所示自 主 梳 理知識 梳理基礎 深化通過通過aM和和 關系圖象，我們可以得出小車的加速度關系圖象，我們可以得出小車的加速度a與質量與質量M成反比，成反比，與質量的倒數(shù)與質量的倒數(shù) 成正比成正比誤差分析誤差分析1因實驗原理不完善引起的誤差因實驗原理不完善引起的誤差以小車、小盤和砝碼整體為研究對象得以小車、小盤和砝碼整體為研究對象得mg(Mm)a；以小車為研究對象得；以小車為研究對象得FMa；求得；求得本實驗用小盤和砝碼的總重力本實驗用小盤和砝碼的總重力
7、mg代替小車的拉力，而實際上小車所受的拉力代替小車的拉力，而實際上小車所受的拉力要小于小盤和砝碼的總重力小盤和砝碼的總質量越小于小車的質量，由此要小于小盤和砝碼的總重力小盤和砝碼的總質量越小于小車的質量，由此引起的誤差就越小因此，滿足小盤和砝碼的總質量遠小于小車的質量的目引起的誤差就越小因此，滿足小盤和砝碼的總質量遠小于小車的質量的目的就是減小因實驗原理不完善而引起的誤差的就是減小因實驗原理不完善而引起的誤差自 主 梳 理知識 梳理基礎 深化3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、細繩或紙質量的測量誤差、紙帶上打點計時器打點間隔距離的測量誤差、細繩或紙帶不與木板平行等都會引起
8、誤差帶不與木板平行等都會引起誤差注意事項注意事項1在平衡摩擦力時，不要把懸掛小盤的細繩系在小車上，即不要給小車加任在平衡摩擦力時，不要把懸掛小盤的細繩系在小車上，即不要給小車加任何牽引力，并要讓小車拖著紙帶做勻速直線運動何牽引力，并要讓小車拖著紙帶做勻速直線運動2整個實驗平衡了摩擦力后，不管以后是改變小盤和砝碼的總質量還是改變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每條紙帶都必須在滿足小車的質量遠大于小盤和砝碼的總質量的條件下得每條紙帶都必須在滿足小車的質量遠大于小盤和砝碼的總質量的條
9、件下得出只有如此，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，且應在小車到達定滑輪前按住小車接通電源，再放開小車，且應在小車到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，不在直線上的點應盡可能對作圖象時，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地分布在所作直線兩側稱地分布在所作直線兩側自 主 梳 理知識 梳理基礎 深化6作圖時兩軸標度比例要適當，各量須采用國際單位這
10、樣作圖線時，坐標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)點間的時間間隔為計數(shù)點，則相鄰計數(shù)點間的時間間隔為T0.1 s.實驗改進實驗改進 本實驗中可以用氣墊導軌來代替長木板，這樣就省去了平衡摩擦力的麻煩，小本實
11、驗中可以用氣墊導軌來代替長木板，這樣就省去了平衡摩擦力的麻煩，小車的加速度也可以利用傳感器來測量，借助于計算機來處理車的加速度也可以利用傳感器來測量，借助于計算機來處理目 錄ONTENTS123知識 梳理基礎 深化典型例題解析考點一考點一 對實驗原理及步驟的考查對實驗原理及步驟的考查在驗證牛頓第二定律實驗中，在驗證牛頓第二定律實驗中，(1)某組同學用如圖甲所示裝置，采用控制變量的方法，來研某組同學用如圖甲所示裝置，采用控制變量的方法，來研究小車質量不變的情況下，小車的加速度與小車受到的力的關系下列措施中不需要和不究小車質量不變的情況下，小車的加速度與小車受到的力的關系下列措施中不需要和不正確的
12、是正確的是_ 首先要平衡摩擦力，使小車受到的合力就是細繩對小車的拉力首先要平衡摩擦力，使小車受到的合力就是細繩對小車的拉力平衡摩擦力的方法就是，在塑料小桶中添加砝碼，使小車能勻速滑動平衡摩擦力的方法就是，在塑料小桶中添加砝碼，使小車能勻速滑動每次改變拉小車的拉力后都需要重新平衡摩擦力每次改變拉小車的拉力后都需要重新平衡摩擦力實驗中通過在塑料桶中增加砝碼來改變小車受到的拉力實驗中通過在塑料桶中增加砝碼來改變小車受到的拉力實驗中應先放小車，然后再開打點計時器的電源實驗中應先放小車，然后再開打點計時器的電源A BC D (2)某組同學實驗得出數(shù)據(jù)，畫出某組同學實驗得出數(shù)據(jù)，畫出aF圖象如圖乙所示，那
13、么該組同學實驗中出現(xiàn)的問題圖象如圖乙所示，那么該組同學實驗中出現(xiàn)的問題可能是可能是_A實驗中摩擦力沒有平衡實驗中摩擦力沒有平衡 B實驗中摩擦力平衡過度實驗中摩擦力平衡過度C實驗中繩子拉力方向沒有跟平板平行實驗中繩子拉力方向沒有跟平板平行D實驗中小車質量發(fā)生變化實驗中小車質量發(fā)生變化知識 梳理基礎 深化解析典型例題(1)為了確保細繩的拉力大小等于小車所受的合力，需要先平衡摩擦力，平衡為了確保細繩的拉力大小等于小車所受的合力，需要先平衡摩擦力，平衡摩擦力的方法是使木板傾斜，讓重力沿斜面向下的分力大小等于小車所受的摩擦力的方法是使木板傾斜，讓重力沿斜面向下的分力大小等于小車所受的摩擦力，即滿足摩擦力
14、，即滿足tan ，不需要反復平衡摩擦力因打點計時器剛開始打，不需要反復平衡摩擦力因打點計時器剛開始打點不穩(wěn)定，需要先接通電源，后放開紙帶，選點不穩(wěn)定，需要先接通電源，后放開紙帶，選B.(2)從圖象看，拉力從圖象看，拉力F等于零時，小車的加速度不為零，且加速度為正向值，等于零時，小車的加速度不為零，且加速度為正向值，則有可能是摩擦力平衡過度或拉力的測量值偏小，選則有可能是摩擦力平衡過度或拉力的測量值偏小，選B.【答案答案】 (1)B (2)B考點一考點一 對實驗原理及步驟的考查對實驗原理及步驟的考查知識 梳理基礎 深化典型例題解析考點二考點二 實驗數(shù)據(jù)處理與誤差分析實驗數(shù)據(jù)處理與誤差分析某學習小
15、組用如圖所示裝置探究某學習小組用如圖所示裝置探究“加速度和力的關系加速度和力的關系”該小組已經(jīng)測量了兩個光電門間的距離為該小組已經(jīng)測量了兩個光電門間的距離為L，遮光條的寬度為遮光條的寬度為d，遮光條通過兩個光電門的時間分別為遮光條通過兩個光電門的時間分別為t1、t2，則：，則：(1)小車的實際加速度可以表示為小車的實際加速度可以表示為_(用題中所給物理量表示用題中所給物理量表示) (2)改變所掛鉤碼的數(shù)量，多次重復測量在某次實驗中根據(jù)測得的多組數(shù)據(jù)改變所掛鉤碼的數(shù)量，多次重復測量在某次實驗中根據(jù)測得的多組數(shù)據(jù)可在坐標紙上畫出可在坐標紙上畫出aF關系的點跡關系的點跡(如圖所示如圖所示)經(jīng)過分析，
16、發(fā)現(xiàn)存在一些問題，經(jīng)過分析，發(fā)現(xiàn)存在一些問題，產(chǎn)生的主要原因可能是產(chǎn)生的主要原因可能是( )A軌道與水平方向夾角太大軌道與水平方向夾角太大 B軌道保持了水平狀態(tài)，沒有平衡摩擦力軌道保持了水平狀態(tài)，沒有平衡摩擦力C所掛鉤碼的總質量太大，造成上部點跡有向下彎曲趨勢所掛鉤碼的總質量太大，造成上部點跡有向下彎曲趨勢D所用小車的質量太大，造成上部點跡有向下彎曲趨勢所用小車的質量太大，造成上部點跡有向下彎曲趨勢考點 突破題型 透析解析 (1)遮光條通過兩個光電門時的速度分別為遮光條通過兩個光電門時的速度分別為 .根據(jù)勻變速直線運動規(guī)根據(jù)勻變速直線運動規(guī)律律 ，解得小車的實際加速度可以表示為，解得小車的實際加速度可以表示為(2)圖線直線部分沒有過原點，說明圖線直線部分沒有過原點，說明F達到一定值時物體才開始運動產(chǎn)生的主要達到一定值時物體才開始運動產(chǎn)生的主要原因可能是軌道保持了水平狀態(tài)，沒有平衡摩擦力，選項原因可能是軌道保持了水平狀態(tài)，沒有平衡摩擦力，選項A錯誤、錯誤、B正確圖線正確圖線上部彎曲產(chǎn)生的主要原因是所掛鉤碼的總質量太大，造成上部點跡有向下彎曲趨上部彎曲產(chǎn)生的主要原因是所掛鉤碼的總質量太大，造成上部點跡有向下彎曲趨勢，選項勢，選項C正確、正確、D錯誤錯誤典型例題考點二考點二 實驗數(shù)據(jù)處理與誤差分析實驗數(shù)據(jù)處理與誤差分析
高考物理新一輪總復習（基礎深化+典例透析+高分在握）實驗四 驗證牛頓第二定律課件
