高考物理實(shí)驗(yàn)四驗(yàn)證牛頓運(yùn)動(dòng)定律理論指導(dǎo)

1、高考物理一輪復(fù)習(xí)實(shí)驗(yàn)四驗(yàn)證牛頓運(yùn)動(dòng)定律i懣實(shí)驗(yàn)理論:指導(dǎo)R實(shí)譬目的(i)學(xué)會(huì)用控制變量法研究物理規(guī)律。(2)驗(yàn)證牛頓第二定律。(3)掌握利用圖象處理數(shù)據(jù)的方法。"實(shí)臂原理探究加速度a與力F及質(zhì)量m的關(guān)系時(shí)，應(yīng)用的基本方法是控制變量法，即先控制一個(gè)參量小車(chē)的質(zhì)量m不變，討論加速度a與力F的關(guān)系，再控制小盤(pán)和祛碼的質(zhì)量不變，即力F不變，改變小車(chē)質(zhì)量m,討論加速度a與m的關(guān)系。三實(shí)譬器材電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、復(fù)寫(xiě)紙片和紙帶、一端帶有定滑輪的長(zhǎng)木板、小車(chē)、小盤(pán)、低壓交流電源、天平、祛碼、刻度尺、導(dǎo)線。圖實(shí)一41(1)用天平測(cè)量小盤(pán)的質(zhì)量mo和小車(chē)的質(zhì)量M。(2)把一端附有滑輪的長(zhǎng)木板放在實(shí)驗(yàn)桌上，

2、并使滑輪伸出桌面，把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長(zhǎng)木板上遠(yuǎn)離滑輪的一端，連接好電路。(3)平衡摩擦力：小車(chē)的尾部掛上紙帶，紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔，將木板無(wú)滑輪的一端稍微墊高一些，使小車(chē)在不掛小盤(pán)和祛碼的情況下，能沿木板做勻速直線運(yùn)動(dòng)。這樣小車(chē)所受重力沿木板的分力與小車(chē)所受摩擦力平衡。在保證小盤(pán)和祛碼的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車(chē)質(zhì)量的條件下，可以近似認(rèn)為小盤(pán)和祛碼的總重力大小等于小車(chē)所受的合外力的大小。(4)把小車(chē)停在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處，掛上小盤(pán)和祛碼，先接通電源，再讓小車(chē)拖著紙帶在木板上勻加速下滑，打出一條紙帶。(5)改變小盤(pán)內(nèi)祛碼的個(gè)數(shù)，重復(fù)步驟(4),并多做幾次。(6)保持小盤(pán)內(nèi)的祛碼個(gè)數(shù)不變，在小車(chē)上放上祛碼改變

3、小車(chē)的質(zhì)量，讓小車(chē)在木板上滑動(dòng)打出紙帶。(7)改變小車(chē)上祛碼的個(gè)數(shù)，重復(fù)步驟(6)。因依據(jù)處查(1)把小車(chē)在不同力作用下產(chǎn)生的加速度填在下表中:實(shí)驗(yàn)次數(shù)加速度a/(m-s2)小車(chē)受力BN1234圖實(shí)一42由以上數(shù)據(jù)畫(huà)出它的aF關(guān)系圖象如圖實(shí)一42所示。通過(guò)aF關(guān)系圖象，我們可以得出小車(chē)的加速度a與力F成正比。(2)把不同質(zhì)量的小車(chē)在相同力作用下產(chǎn)生的加速度填在下表中：實(shí)驗(yàn)次數(shù),一2加速度a/(m-s)小車(chē)質(zhì)量Mkg12341由以上數(shù)據(jù)畫(huà)出它的aM圖象及a謂象，如圖實(shí)一43甲、乙所示。通過(guò)aM和aM1關(guān)系圖象，我們可以得出小車(chē)的加速度a與質(zhì)量M成反比，與質(zhì)量的一一1,倒數(shù)端正比。六注意事項(xiàng)(1)

4、平衡摩擦力時(shí)，調(diào)節(jié)長(zhǎng)木板形成一個(gè)合適的斜面，使小車(chē)的重力沿著斜面方向的分力正好平衡小車(chē)受的摩擦阻力。在平衡摩擦力時(shí)，不要把懸掛小盤(pán)的細(xì)線系在小車(chē)上，即不要給小車(chē)加任何牽引力，并要讓小車(chē)拖著紙帶運(yùn)動(dòng)。(2)在本實(shí)驗(yàn)中，由于兩個(gè)小車(chē)輪子的靈活程度可能不相同，所受的摩擦力也可能不相等，平衡摩擦力就有困難。應(yīng)該盡可能選取光滑的長(zhǎng)木板進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以減小因摩擦而造成的系統(tǒng)誤差。(3)安裝器材時(shí)，要調(diào)整滑輪的高度，使拴小車(chē)的細(xì)繩與斜面平行，且連接小車(chē)和祛碼盤(pán)應(yīng)在平衡摩擦力之后。(4)整個(gè)實(shí)驗(yàn)平衡了摩擦力后，不管以后是改變重物質(zhì)量，還是改變小車(chē)和祛碼的總質(zhì)量，都不需要重新平衡摩擦力。(5)每條紙帶必須在滿足小車(chē)

5、與車(chē)上所加祛碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)大于重物質(zhì)量的條件下打出。只有如此，重物重力才可視為小車(chē)受到的拉力。(6)改變拉力和小車(chē)質(zhì)量后，每次開(kāi)始時(shí)小車(chē)應(yīng)盡量靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，并應(yīng)先接通電源，再放開(kāi)小車(chē)，且應(yīng)在小車(chē)到達(dá)滑輪前按住小車(chē)。(7)作圖象時(shí)，要使盡可能多的點(diǎn)在所作直線上，不在直線上的點(diǎn)應(yīng)盡可能對(duì)稱(chēng)分布在所作直線兩側(cè)。(8)作圖時(shí)兩軸標(biāo)度比例要選擇適當(dāng)。各量須采用國(guó)際單位。這樣作圖線時(shí)，坐標(biāo)點(diǎn)間距不至于過(guò)密，誤差會(huì)小些。(9)為提高測(cè)量精度，可以采取下列措施：應(yīng)舍掉紙帶上開(kāi)頭比較密集的點(diǎn)，在后邊便于測(cè)量的地方找一個(gè)起點(diǎn)?？梢园衙看蛭宕吸c(diǎn)的時(shí)間作為時(shí)間單位，即從開(kāi)始點(diǎn)起，每隔四個(gè)點(diǎn)標(biāo)出一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，而相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)

6、間的時(shí)間間隔為T(mén)=0.1秒。與誤差分析1.系統(tǒng)誤差以小車(chē)、小盤(pán)和祛碼整體為研究對(duì)象得mg=(MWm)a；以小車(chē)為研究對(duì)象得F=Ma求得M1F=-mg=-mg=mg>M+mm1 +M本實(shí)驗(yàn)用小盤(pán)和祛碼的總重力mg代替小車(chē)的拉力，而實(shí)際上小車(chē)所受的拉力要小于小盤(pán)和祛碼的總重力。小盤(pán)和祛碼的總質(zhì)量越接近于小車(chē)的質(zhì)量，誤差越大；反之，小盤(pán)和祛碼的總質(zhì)量越小于小車(chē)的質(zhì)量，由此引起的誤差就越小。因此，滿足小盤(pán)和祛碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車(chē)的質(zhì)量的目的就是為了減小因?qū)嶒?yàn)原理不完善而引起的誤差。2 .偶然誤差摩擦力平衡不準(zhǔn)確、質(zhì)量測(cè)量不準(zhǔn)確、計(jì)數(shù)點(diǎn)間距測(cè)量不準(zhǔn)確、紙帶和細(xì)繩不嚴(yán)格與木板平行都會(huì)引起誤差。八它案

7、設(shè)計(jì)本實(shí)驗(yàn)中可以用氣墊導(dǎo)軌來(lái)代替長(zhǎng)木板，這樣就省去了平衡小車(chē)摩擦力的麻煩，小車(chē)的加速度也可以利用傳感器，借助于計(jì)算機(jī)來(lái)處理。一落二者情案例導(dǎo)析實(shí)驗(yàn)原理與操作例1(2013天津模擬)在驗(yàn)證牛頓第二定律實(shí)驗(yàn)中，(1)某組同學(xué)用如圖實(shí)一44所示裝置，采用控制變量的方法，來(lái)研究小車(chē)質(zhì)量不變的情況下，小車(chē)的加速度與小車(chē)受到的力的關(guān)系。下列措施中不需要和不正確的是c首先要平衡摩擦力，使小車(chē)受到的合力就是細(xì)繩對(duì)小車(chē)的拉力平衡摩擦力的方法就是，在塑料小桶中添加祛碼，使小車(chē)能勻速滑動(dòng)每次改變拉小車(chē)的拉力后都需要重新平衡摩擦力實(shí)驗(yàn)中通過(guò)在塑料桶中增加祛碼來(lái)改變小車(chē)受到的拉力實(shí)驗(yàn)中應(yīng)先放小車(chē)，然后再開(kāi)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電

8、源A.B.C.D.圖實(shí)一45(2)某組同學(xué)實(shí)驗(yàn)得出數(shù)據(jù)，畫(huà)出aF圖象如圖實(shí)一45所示，那么該組同學(xué)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問(wèn)題可能是。A.實(shí)驗(yàn)中摩擦力沒(méi)有平衡B.實(shí)驗(yàn)中摩擦力平衡過(guò)度C.實(shí)驗(yàn)中繩子拉力方向沒(méi)有跟平板平行D.實(shí)驗(yàn)中小車(chē)質(zhì)量發(fā)生變化解析(1)為了確保細(xì)繩的拉力等于小車(chē)所受的合力，需要先平衡摩擦力，平衡摩擦tan 0力的方法是使木板傾斜，讓重力沿斜面向下的分力等于小車(chē)所受的摩擦力，即滿足=w,不需要反復(fù)平衡摩擦力。因打點(diǎn)計(jì)時(shí)器剛開(kāi)始打點(diǎn)不穩(wěn)定，需要先接通電源，后放開(kāi)紙帶，選B。(2)從圖象看，拉力F等于零時(shí)，小車(chē)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(guò)度或拉力的測(cè)量值偏小，選Bo

9、答案(1)B(2)B頭刎奴循XL理三J慶左刀忻例2 (2013 德州模擬)某組同學(xué)設(shè)計(jì)了 “探究加速度a與物體所受合力 F及質(zhì)量m的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)。圖實(shí)一46為實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖，A為小車(chē)，B為電火花計(jì)時(shí)器，C為裝有細(xì)砂的小桶，D為一端帶有定滑輪的長(zhǎng)木板，實(shí)驗(yàn)中認(rèn)為細(xì)繩對(duì)小車(chē)的拉力F等于細(xì)砂和小桶的總重量，小車(chē)運(yùn)動(dòng)的加速度a可用紙帶上打出的點(diǎn)求得。圖實(shí)一4-6(1)圖實(shí)一4-7為某次實(shí)驗(yàn)得到的紙帶，已知實(shí)驗(yàn)所用電源的頻率為50Hz。根據(jù)紙帶可求出電火花計(jì)時(shí)器打B點(diǎn)時(shí)的速度為m/s,小車(chē)的加速度大小為m/s2。(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)(2)在“探究加速度a與質(zhì)量m的關(guān)系”時(shí)，某同學(xué)按照自己的方案將實(shí)驗(yàn)數(shù)

10、據(jù)在坐標(biāo)系中進(jìn)行了標(biāo)注，但尚未完成圖象(如圖實(shí)一48所示)。請(qǐng)繼續(xù)幫助該同學(xué)作出坐標(biāo)系中的圖象。圖實(shí)一4-8(3)在“探究加速度a與合力F的關(guān)系”時(shí)，該同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出了加速度a與合力F的圖線如圖實(shí)一49,該圖線不通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)，試分析圖線不通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的原因。答:圖實(shí)一49解析(1)AC這段位移的平土速度等于AC這段時(shí)間中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度，即B點(diǎn)的瞬時(shí)速度，故vb=ABR BC6.19+6.70 X104T4X0.02-2m/s = 1.6 m/s。由逐差法求解小車(chē)的加速度 aC> DE AB+ BC4 2T 27.21 +7.72 6.19 6.704X 2X0.02. 一 2m/

11、s 2= 3.2 m/s 2(2)將坐標(biāo)系中各點(diǎn)連成一條直線，連接時(shí)應(yīng)使直線過(guò)盡可能多的點(diǎn)，不在直線上的點(diǎn)應(yīng)大致對(duì)稱(chēng)地分布在直線的兩側(cè)，離直線較遠(yuǎn)的點(diǎn)應(yīng)視為錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，不予考慮，連線如圖所示。(3)圖線與橫軸有截距，說(shuō)明實(shí)驗(yàn)前沒(méi)有平衡摩擦力或平衡摩擦力不夠。答案(1)1.63.2(2)圖見(jiàn)解析(3)實(shí)驗(yàn)前沒(méi)有平衡摩擦力或平衡摩擦力不夠同類(lèi)實(shí)驗(yàn)的拓展與創(chuàng)新例3如圖實(shí)-4-10所示的實(shí)驗(yàn)裝置可以驗(yàn)證牛頓運(yùn)動(dòng)定律，小車(chē)上固定一個(gè)盒子,盒子內(nèi)盛有砂子。砂桶的總質(zhì)量(包括桶以及桶內(nèi)砂子質(zhì)量)記為小車(chē)的總質(zhì)量(包括車(chē)、盒子及盒內(nèi)砂子質(zhì)量)記為M圖實(shí)4-10(1)驗(yàn)證在質(zhì)量不變的情況下，加速度與合力成正比。從

12、盒子中取出一些砂子，裝入砂桶中，稱(chēng)量并記錄砂桶的總重力mg將該力視為合力F,對(duì)應(yīng)的加速度a則從打下的紙帶中計(jì)算得出。多次改變合力F的大小，每次都會(huì)得到一個(gè)相應(yīng)的加速度。本次實(shí)驗(yàn)中，桶內(nèi)的砂子取自小車(chē)中，故系統(tǒng)的總質(zhì)量不變。以合力F為橫軸，以加速度a為縱軸，畫(huà)出aF圖象，圖象是一條過(guò)原點(diǎn)的直線。aF圖象斜率的物理意義是。你認(rèn)為把砂桶的總重力mg當(dāng)做合力F是否合理？答：。(選填“合理”或“不合理”)本次實(shí)驗(yàn)中，是否應(yīng)該滿足M?m這樣的條件？答：(選填“是”或“否”)；理由是(2)驗(yàn)證在力不變的情況下，加速度與質(zhì)量成反比。保持桶及桶內(nèi)砂子質(zhì)量m不變，在盒子內(nèi)添加或去掉一些砂子，驗(yàn)證加速度與質(zhì)量的關(guān)系。本次實(shí)驗(yàn)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)時(shí)，以加速度a為縱軸，應(yīng)該以的倒數(shù)為橫軸。解析(1)將車(chē)內(nèi)的砂子轉(zhuǎn)