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1、第三章第三章 牛顿运动定律牛顿运动定律人 教版理物第三章第三章 牛顿运动定律牛顿运动定律人 教版理物一、实验目的一、实验目的1学会用控制变量法研究物理规律学会用控制变量法研究物理规律2验证牛顿第二定律验证牛顿第二定律3掌握利用图象处理数据的方法掌握利用图象处理数据的方法第三章第三章 牛顿运动定律牛顿运动定律人 教版理物二、实验原理二、实验原理探探究究加加速速度度a与与力力F及及质质量量m的的关关系系时时,应应用用的的基基本本方方法法是是控控制制变变量量法法,即即先先控控制制一一个个参参量量小小车车的的质质量量m不不变变,讨讨论论加加速速度度a与与力力F的的关关系系,再再控控制制小小盘盘和和砝砝
2、码码的的质质量量不不变变,即即力力F不不变变,改改变变小小车车质质量量m,讨讨论论加加速速度度a与与m的的关系关系三、实验器材三、实验器材打打点点计计时时器器、纸纸带带、复复写写纸纸、小小车车、一一端端附附有有定定滑滑轮轮的的长长木木板板、小小盘盘、夹夹子子、细细绳绳、低低压压交交流流电电源源、导导线线、天天平、刻度尺、砝码平、刻度尺、砝码第三章第三章 牛顿运动定律牛顿运动定律人 教版理物四、实验步骤四、实验步骤1用用天天平平测测出出小小车车和和砝砝码码的的总总质质量量M,托托盘盘和和砝砝码码的的总质量总质量m1,把数据记录下来,把数据记录下来2按按照照图图把把实实验验器器材材安安装装好好,只
3、只是是不不把把悬悬挂挂托托盘盘用用的的细绳系在车上,即不给小车加牵引力细绳系在车上,即不给小车加牵引力第三章第三章 牛顿运动定律牛顿运动定律人 教版理物3平平衡衡摩摩擦擦力力,在在长长木木板板的的不不带带定定滑滑轮轮的的一一端端下下面面垫垫小小木木垫垫,反反复复移移动动木木垫垫的的位位置置,直直至至小小车车在在斜斜面面上上运运动动时时可可以以保保持持匀匀速速直直线线运运动动状状态态这这时时,小小车车拖拖着着纸纸带带运运动动时时受受到到的的摩摩擦擦阻阻力力恰恰好好与与小小车车所所受受的的重重力力在在沿沿斜斜面面方方向向上上的的分力平衡分力平衡4把把细细绳绳系系在在小小车车上上并并绕绕过过滑滑轮轮
4、悬悬挂挂托托盘盘先先接接通通电电源源,再再放放开开小小车车,打打点点计计时时器器在在纸纸带带上上打打下下一一系系列列的的点点打打完完点点后后切切断断电电源源,取取下下纸纸带带,在在纸纸带带上上标标上上该该纸纸带带的的号号码码第三章第三章 牛顿运动定律牛顿运动定律人 教版理物5保保持持小小车车和和砝砝码码的的质质量量不不变变,在在托托盘盘里里加加入入适适量量的的砝砝码码,把把托托盘盘和和砝砝码码的的总总质质量量m2记记录录下下来来即即改改变变小小车车所所受牵引力,重复几次步骤受牵引力,重复几次步骤4.6在在每每条条纸纸带带上上都都选选取取一一段段比比较较理理想想的的部部分分,标标明明计计数数点点
5、,测测量量计计数数点点间间的的距距离离,算算出出每每条条纸纸带带上上的的加加速速度度的的值值7用用纵纵坐坐标标表表示示加加速速度度a,横横坐坐标标表表示示作作用用力力F,作作用用力力的的大大小小F等等于于小小盘盘和和砝砝码码的的总总重重力力,根根据据实实验验结结果果在在坐坐标标平平面面上上画画出出相相应应的的点点,如如果果这这些些点点是是在在一一条条过过原原点点的的直线上,便证明了加速度与作用力成正比直线上,便证明了加速度与作用力成正比第三章第三章 牛顿运动定律牛顿运动定律人 教版理物8保持小盘和砝码的质量不变,在小车上加砝码,重保持小盘和砝码的质量不变,在小车上加砝码,重复上面的实验,用纵坐
6、标表示加速度复上面的实验,用纵坐标表示加速度a,横坐标表示小车和,横坐标表示小车和砝码总质量的倒数,根据实验结果在坐标平面上画出相应砝码总质量的倒数,根据实验结果在坐标平面上画出相应的点如果这些点是在一条过原点的直线上,就证明了加的点如果这些点是在一条过原点的直线上,就证明了加速度与质量成反比速度与质量成反比第三章第三章 牛顿运动定律牛顿运动定律人 教版理物五、实验注意事项五、实验注意事项1一一定定要要做做好好平平衡衡摩摩擦擦力力的的工工作作,也也就就是是调调出出一一个个合合适适的的斜斜面面,使使小小车车的的重重力力沿沿着着斜斜面面方方向向的的分分力力正正好好平平衡衡小小车车受受的的摩摩擦擦力
7、力在在平平衡衡摩摩擦擦力力时时,不不要要把把悬悬挂挂小小盘盘的的细细线线系系在在小小车车上上,即即不不要要给给小小车车加加任任何何牵牵引引力力,并并要要让让小小车车拖拖着打点的纸带运动着打点的纸带运动2实实验验步步骤骤2、3不不需需要要重重复复,即即整整个个实实验验平平衡衡了了摩摩擦擦力力后后,不不管管以以后后是是改改变变小小盘盘和和砝砝码码的的总总质质量量还还是是改改变变小小车车和砝码的总质量,都不需要重新平衡摩擦力和砝码的总质量,都不需要重新平衡摩擦力第三章第三章 牛顿运动定律牛顿运动定律人 教版理物3每每条条纸纸带带必必须须满满足足在在小小车车与与车车上上所所加加砝砝码码的的总总质质量量
8、远远大大于于小小盘盘和和砝砝码码的的总总质质量量的的条条件件下下打打出出只只有有如如此此,小小盘和砝码的总重力才可视为小车受到的拉力盘和砝码的总重力才可视为小车受到的拉力4改改变变拉拉力力和和小小车车质质量量后后,每每次次开开始始时时小小车车应应尽尽量量靠靠近近打打点点计计时时器器,并并应应先先接接通通电电源源,再再放放开开小小车车,且且应应在在小小车到达滑轮前按住小车车到达滑轮前按住小车5要要使使尽尽可可能能多多的的点点在在所所作作直直线线上上,不不在在直直线线上上的的点点应尽可能对称分布在所作直线两侧应尽可能对称分布在所作直线两侧6作作图图时时两两轴轴标标度度比比例例要要选选择择适适当当各
9、各物物理理量量须须采采用用国国际际单单位位这这样样作作图图线线时时,坐坐标标点点间间距距不不至至于于过过密密,误误差差会小些会小些第三章第三章 牛顿运动定律牛顿运动定律人 教版理物7为为提提高高测测量量精精度度(1)应应舍舍掉掉纸纸带带上上开开头头比比较较密密集集的点,在后边便于测量的地方找一个起点的点,在后边便于测量的地方找一个起点(2)可可以以把把每每打打五五次次点点的的时时间间作作为为时时间间单单位位,即即从从开开始始点点起起,每每五五个个点点标标出出一一个个计计数数点点,而而相相邻邻计计数数点点间间的的时时间间间隔为间隔为T0.1 s.第三章第三章 牛顿运动定律牛顿运动定律人 教版理物
10、六、数据处理及结果分析六、数据处理及结果分析利利用用图图象象处处理理数数据据是是一一种种常常用用的的重重要要方方法法将将实实验验中中得得到到的的数数据据通通过过描描点点作作出出图图象象,可可以以非非常常直直观观地地看看出出两两个个物物理理量量之之间间的的关关系系,也也可可以以有有效效地地减减小小实实验验误误差差,确确定定并并排除实验中测得的一些错误数据排除实验中测得的一些错误数据在在探探究究加加速速度度与与力力的的关关系系的的实实验验中中,以以加加速速度度a为为纵纵坐坐标标,力力F为为横横坐坐标标,根根据据各各组组数数据据在在坐坐标标系系中中描描点点如如果果这些点在一条过原点的直线上,说明这些
11、点在一条过原点的直线上,说明a与与F成正比成正比第三章第三章 牛顿运动定律牛顿运动定律人 教版理物第三章第三章 牛顿运动定律牛顿运动定律人 教版理物七、误差分析七、误差分析1质质量量的的测测量量误误差差,纸纸带带上上打打点点计计时时器器打打点点间间隔隔距距离离的测量误差,拉线或纸带不与木板平行等都会造成误差的测量误差,拉线或纸带不与木板平行等都会造成误差2因实验原理不完善造成误差:因实验原理不完善造成误差:本本实实验验中中用用小小盘盘和和砝砝码码的的总总重重力力代代替替小小车车受受到到的的拉拉力力(实实际际上上小小车车受受到到的的拉拉力力要要小小于于小小盘盘和和砝砝码码的的总总重重力力),存存
12、在在系系统统误误差差小小盘盘和和砝砝码码的的总总质质量量越越接接近近小小车车的的质质量量,误误差差就就越越大大;反反之之,小小盘盘和和砝砝码码的的总总质质量量越越小小于于小小车车的的质质量量,误差就越小误差就越小第三章第三章 牛顿运动定律牛顿运动定律人 教版理物3平衡摩擦力不准造成误差:平衡摩擦力不准造成误差:在在平平衡衡摩摩擦擦力力时时,除除了了不不挂挂小小盘盘外外,其其它它的的都都跟跟正正式式实实验验一一样样(比比如如要要挂挂好好纸纸带带、接接通通打打点点计计时时器器),匀匀速速运运动动的标志是打点计时器打出的纸带上各点的距离相等的标志是打点计时器打出的纸带上各点的距离相等.第三章第三章
13、牛顿运动定律牛顿运动定律人 教版理物例例1如图所示,是某次利用气垫导轨探究加速度与力、如图所示,是某次利用气垫导轨探究加速度与力、质量关系的实验装置安装完毕后的示意图,图中质量关系的实验装置安装完毕后的示意图,图中A为砂桶为砂桶和砂,和砂,B为定滑轮,为定滑轮,C为滑块及上面添加的砝码,为滑块及上面添加的砝码,D为纸带,为纸带,E为电火花计时器,为电火花计时器,F为蓄电池、电压为为蓄电池、电压为6 V,G是开关,请是开关,请指出图中的三处错误:指出图中的三处错误:第三章第三章 牛顿运动定律牛顿运动定律人 教版理物(1)_;(2)_;(3)_解析解析(1)B接滑块的细线应水平接滑块的细线应水平(
14、或与导轨平行或与导轨平行)(2)C滑块离计时器太远滑块离计时器太远(3)E电电火火花花计计时时器器用用的的是是220 V的的交交流流电电,不不能能接接直直流电流电第三章第三章 牛顿运动定律牛顿运动定律人 教版理物思维提升思维提升只有充分理解实验原理,知道实验误差只有充分理解实验原理,知道实验误差产生的原因,注意操作技巧,这样才能使实验能够顺利进产生的原因,注意操作技巧,这样才能使实验能够顺利进行,同时使实验结果更加精确,高考试题也注重对操作步行,同时使实验结果更加精确,高考试题也注重对操作步骤及技巧的考查骤及技巧的考查第三章第三章 牛顿运动定律牛顿运动定律人 教版理物练习:练习:在在“验证牛顿
15、运动定律验证牛顿运动定律”的实验中,在研究加的实验中,在研究加速度速度a与小车的质量与小车的质量M的关系时,由于没有注意始终满足的关系时,由于没有注意始终满足Mm的条件,结果得到的图象应是下图中的的条件,结果得到的图象应是下图中的()第三章第三章 牛顿运动定律牛顿运动定律人 教版理物第三章第三章 牛顿运动定律牛顿运动定律人 教版理物例例2在探究加速度与力、质量的关系实验中,采用如在探究加速度与力、质量的关系实验中,采用如图所示的实验装置,小车及车中砝码的质量用图所示的实验装置,小车及车中砝码的质量用M表示,盘表示,盘及盘中砝码的质量用及盘中砝码的质量用m表示,小车的加速度可由小车后拖表示,小车
16、的加速度可由小车后拖动的纸带由打点计时器打上的点计算出动的纸带由打点计时器打上的点计算出第三章第三章 牛顿运动定律牛顿运动定律人 教版理物(1)当当M与与m的的大大小小关关系系满满足足_时时,才才可可以以认认为为绳对小车的拉力大小等于盘及盘中砝码的重力绳对小车的拉力大小等于盘及盘中砝码的重力(2)一一组组同同学学在在做做加加速速度度与与质质量量的的关关系系实实验验时时,保保持持盘盘及及盘盘中中砝砝码码的的质质量量一一定定,改改变变小小车车及及车车中中砝砝码码的的质质量量,测测出出相相应应的的加加速速度度,采采用用图图象象法法处处理理数数据据为为了了比比较较容容易易地地确确定定出出加加速速度度a
17、与与质质量量M的的关关系系,应应该该作作a与与_的的图图象象(3)如如下下图图(a)为为甲甲同同学学根根据据测测量量数数据据作作出出的的aF图图线线,说明实验存在的问题是说明实验存在的问题是_第三章第三章 牛顿运动定律牛顿运动定律人 教版理物(4)乙、丙同学用同一装置做实验,画出了各自得到的乙、丙同学用同一装置做实验,画出了各自得到的aF图线如图图线如图(b)所示,两个同学做实验时的哪一个物理所示,两个同学做实验时的哪一个物理量取值不同?量取值不同?_.第三章第三章 牛顿运动定律牛顿运动定律人 教版理物第三章第三章 牛顿运动定律牛顿运动定律人 教版理物(4)乙乙、丙丙同同学学用用同同一一装装置
18、置做做实实验验,画画出出了了各各自自得得到到的的aF图图线线,两两图图象象的的斜斜率率不不同同,说说明明两两个个同同学学做做实实验验时时的的小车及车上砝码的总质量不同小车及车上砝码的总质量不同答答案案(1)Mm(2)1/M(3)没没有有平平衡衡摩摩擦擦力力或或平平衡摩擦力不够衡摩擦力不够(4)小车及车上的砝码的总质量不同小车及车上的砝码的总质量不同第三章第三章 牛顿运动定律牛顿运动定律人 教版理物例例3现现要要验验证证“当当质质量量一一定定时时,物物体体运运动动的的加加速速度度与与它它所所受受的的合合外外力力成成正正比比”这这一一物物理理规规律律给给定定的的器器材材如如下下:一一倾倾角角可可以
19、以调调节节的的长长斜斜面面(如如图图所所示示)、小小车车、计计时时器器、米米尺尺第三章第三章 牛顿运动定律牛顿运动定律人 教版理物(1)填填入入适适当当的的公公式式或或文文字字,完完善善以以下下实实验验步步骤骤(不不考考虑摩擦力的影响虑摩擦力的影响):让让小小车车自自斜斜面面上上方方一一固固定定点点A1从从静静止止开开始始下下滑滑到到斜斜面底端面底端A2,记下所用的时间,记下所用的时间t.用用米米尺尺测测量量A1与与A2之之间间的的距距离离x,则则小小车车的的加加速速度度a_.用用米米尺尺测测量量A1相相对对于于A2的的高高度度h,设设小小车车所所受受重重力力为为mg,则小车所受的合外力,则小
20、车所受的合外力F_.改变改变_,重复上述测量,重复上述测量第三章第三章 牛顿运动定律牛顿运动定律人 教版理物以以h为为横横坐坐标标,1/t2为为纵纵坐坐标标,根根据据实实验验数数据据作作图图如如能能得得到到一一条条过过原原点点的的直直线线,则则可可验验证证“当当质质量量一一定定时时,物体运动的加速度与它所受的合外力成正比物体运动的加速度与它所受的合外力成正比”这一规律这一规律(2)在在探探究究如如何何消消除除上上述述实实验验中中摩摩擦擦阻阻力力影影响响的的过过程程中中,某同学设计的方案是:某同学设计的方案是:调调节节斜斜面面倾倾角角,使使小小车车在在斜斜面面上上匀匀速速下下滑滑测测量量此此时时
21、A1点相对于斜面底端点相对于斜面底端A2的高度的高度h0.进行进行(1)中的各项测量中的各项测量第三章第三章 牛顿运动定律牛顿运动定律人 教版理物计算与作图时用计算与作图时用(hh0)代替代替h.对此方案有以下几种评论意见:对此方案有以下几种评论意见:A方案正确可行方案正确可行B方方案案的的理理论论依依据据正正确确,但但利利用用所所给给的的器器材材无无法法确确定小车在斜面上是否做匀速运动定小车在斜面上是否做匀速运动C方方案案的的理理论论依依据据有有问问题题,小小车车所所受受摩摩擦擦力力与与斜斜面面倾角有关倾角有关其中合理的意见是其中合理的意见是_第三章第三章 牛顿运动定律牛顿运动定律人 教版理物第三章第三章 牛顿运动定律牛顿运动定律人 教版理物思维提升思维提升在研究加速度与力的关系时,其中力是在研究加速度与力的关系时,其中力是指物体所受的合外力,因此找到物体所受的合外力是实验指物体所受的合外力,因此找到物体所受的合外力是实验研究的关键,然后实验还需测出物体的加速度,而测加速研究的关键,然后实验还需测出物体的加速度,而测加速度的方法有多种,如本实验中的利用打点计时器和纸带测度的方法有多种,如本实验中的利用打点计时器和纸带测量的方法量的方法.第三章第三章 牛顿运动定律牛顿运动定律人 教版理物
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