37实验：验证牛顿第二定律.ppt

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1、3.7 实验：验证牛顿第二定律高三物理第一轮复习实验目的实验目的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.验证牛顿运动定律验证牛顿运动定律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实验原理实验原理探究加速度探究加速度a与力与力F及质量及质量M的关系时，应用的基本方法是控制的关系时，应用的基本方法是控制变量法，即先控制一个参量变量法，即先控制一个参量小车的质量小车的质量M不变，讨论加速不变，讨论加速度度a与力与力F的关系，再控制砝码和小盘的质量不变，即力的关系，再控制砝码和小盘的质量不变，即力F不变，不变，改变小车质量改变小车质量M，讨论加速度，讨论加速度a与

2、与M的关系的关系实验器材实验器材打点计时器、纸带、复写纸片、小车、一端附有定滑轮的长打点计时器、纸带、复写纸片、小车、一端附有定滑轮的长木板，小盘、砝码、夹子、细绳、低压交流电源、导线、天木板，小盘、砝码、夹子、细绳、低压交流电源、导线、天平平(带有一套砝码带有一套砝码)、刻度尺、刻度尺.实验步骤实验步骤1.用用天天平平测测出出小小车车和和小小盘盘的的质质量量M和和M，把数值记录下来，把数值记录下来.2.按按照照如如图图所所示示装装置置把把实实验验器器材材安安装装好好，只只是是不不把把悬悬挂挂小小盘盘的的细细线线系在小车上系在小车上(即不给小车加牵引力即不给小车加牵引力).3.平平衡衡摩摩擦擦

3、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上上一一块块薄薄木木块块，反反复复移移动动木木板板的的位位置置，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力力恰恰好好与与小小车车所受重力在斜面方向上的分力平衡所受重力在斜面方向上的分力平衡.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悬悬挂挂小小盘盘，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.打打点点完完成成后后切切断断电电源，取下源，取下

4、纸带纸带，在，在纸带纸带上上标标上上纸带纸带号号码码 5.保保持持小小车车及及车车内内砝砝码码的的质质量量不不变变，在在小小盘盘内内放放入入质质量量为为m的的砝砝码码，重重复复步步骤骤4，在在小小盘盘内内分分别别放放入入质质量量为为m，m，m的的砝砝码码，再再重重复复步步骤骤4.m，m，m 的的数数值值都都要要记记录录在在纸纸带带上上(或表格内或表格内).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，标标明明计计数数测测量量计计数点数点间间的距离，算出每条的距离，算出每条纸带纸带上的加速度的上的加速度的值值.7.用用纵纵坐坐标标表表示示加加速速度度，横横坐坐标标

5、表表示示力力，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若若这这些些点点在在一一条条直直线线上上，便便证证明明了了加加速速度与作用力成正比度与作用力成正比.8.保保持持砝砝码码和和小小盘盘的的质质量量不不变变，在在小小车车上上依依次次加加砝砝码码(也也需需作作好好记记录录)，重重复复上上述述步步骤骤，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小小车车砝砝码码总总质质量量的的倒倒数数，在在坐坐标标平平面面上上根根据据实实验验结结果果画画出出相相应应的的点点，如果如果这这些点是在一条直些点是在一条直线线上，就上，就证证明加速度与明加速度与质质量成反比

6、量成反比.数据处理数据处理1.把小车在不同力作用下产生的加速度填在下表中把小车在不同力作用下产生的加速度填在下表中实验实验次数次数加速度加速度a/(ms2)小小车车受力受力F/N1234由以上数据画出它的由以上数据画出它的aF关系关系图图象如象如图图所示所示.通通过过aF关系关系图图象，我象，我们们可以得出小可以得出小车车的加速度的加速度a与力与力F成正比成正比.2.把不同把不同质质量的小量的小车车在相同力作用下在相同力作用下产产生的加速度填在下表中生的加速度填在下表中 实验实验次数次数加速度加速度a/(ms2)小小车质车质量量m/kg1234注意事项注意事项1.一定要做好一定要做好平衡摩擦力

7、平衡摩擦力的工作，也就是调出一个合适的斜面，的工作，也就是调出一个合适的斜面，使小车的重力沿着斜面方向的分力正好平衡小车受的摩擦阻力使小车的重力沿着斜面方向的分力正好平衡小车受的摩擦阻力在平衡摩擦力时，不要把悬挂小盘的细线系在小车上，即不在平衡摩擦力时，不要把悬挂小盘的细线系在小车上，即不要给小车加任何牵引力，且要让小车拖着打点的纸带运动要给小车加任何牵引力，且要让小车拖着打点的纸带运动2.实验步骤实验步骤2、3不需要重复，即整个实验平衡了摩擦力后，不不需要重复，即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

8、总质量，都量，都不需要重新平衡摩擦力不需要重新平衡摩擦力3.每条纸带必须在满足每条纸带必须在满足小车与车上所加砝码的总质量远大于小小车与车上所加砝码的总质量远大于小盘和砝码的总质量盘和砝码的总质量的条件下打出只有这样小盘和砝码的的条件下打出只有这样小盘和砝码的总重总重力才可视为小车受到的拉力力才可视为小车受到的拉力4.改变拉力和小车质量后，每次开始时小车应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尽量靠近打点计时器时器，并应，并应先接通电源，再放开小车先接通电源，再放开小车，且应在，且应在小车到达滑轮前小车到达滑轮前按住小车按住小车5.作作图图象象时时，要要使使尽尽可可能能多多的的点

9、点分分布布在在所所作作直直线线上上，不不在在直直线线上上的点的点应应尽可能尽可能对对称分布在所作直称分布在所作直线线两两侧侧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，各各量量须须采采用用国国际际单单位位这这样样作作图线时图线时，坐，坐标标点点间间距不至于距不至于过过密，密，误误差会减小差会减小7.提高提高测测量精度量精度(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的点点，在在后后边边便便于于测测量量的的地地方方找找一一个起点个起点(2)可可以以把把每每打打五五个个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，每每五五个点个点标标出一个出一个

10、计计数点，相数点，相邻计邻计数点数点间间的的时间间时间间隔隔为为T0.1 s误差分析误差分析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的测测量量误误差、拉线或纸带不与木板平行等都会造成误差差、拉线或纸带不与木板平行等都会造成误差.2.因因实实验验原原理理不不完完善善造造成成误误差差：本本实实验验中中用用重重物物的的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重重物物的的重重力力)，存存在系统误差在系统误差.重物质量越接近小车的质量，误差就越大；重物质量越接近小车的质量，误差就越大；3.平平衡

11、衡摩摩擦擦力力不不准准造造成成误误差差：在在平平衡衡摩摩擦擦力力时时，除除了了不不挂挂重重物物外外，其其他他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)，匀速运动的标志是纸带上各点的距离相等，匀速运动的标志是纸带上各点的距离相等.实验改进实验改进本本实实验验中中可可以以用用气气垫垫导导轨轨来来代代替替长长木木板板，这这样样就就省省去去了了平平衡衡小小车车摩摩擦擦力力的的麻麻烦烦，小小车车的的加加速速度度也也可可以以利利用用传传感感器器，借借助助于于计计算机来处理算机来处理 在探究加速度与力、在探究加速度与力、质质量的关系量的关系实验实验中，

12、采用如中，采用如图图甲所示甲所示的的实验实验装置，小装置，小车车及及车车中砝中砝码码的的质质量用量用M表示，表示，盘盘及及盘盘中砝中砝码码的的质质量用量用m表示，小表示，小车车的加速度可由小的加速度可由小车车后拖后拖动动的的纸带纸带打上的点打上的点计计算得出算得出 (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绳对对小小车车的的拉拉力力大大小小等等于于盘盘及及盘盘中砝中砝码码的重力的重力(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

13、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观观测测加加速速度度a与与质质量量M的的关关系系，应该应该做做a与与_的的图图象象(3)两小车及车上的砝码的总质量相等时，由图象知两小车及车上的砝码的总质量相等时，由图象知A的加速的加速度大，故度大，故A的拉力的拉力F大大(或或A中盘及盘中砝码的质量大中盘及盘中砝码的质量大)(2011赣赣州州模模拟拟)物物理理小小组组在在一一次次探探究究活活动动中中测测量量滑滑块块与与木木板板之之间间的的动动摩摩擦擦因因数数实实验验装装置置如如图图所所示示，一一表表面面粗粗糙糙的的木木板板固固定定在在水水平平

14、桌桌面面上上，一一端端装装有有定定滑滑轮轮；木木板板上上有有一一滑滑块块，其其一一端端与与电电磁磁打打点点计计时时器器的的纸纸带带相相连连，另另一一端端通通过过跨跨过过定定滑滑轮的细线与托盘连接轮的细线与托盘连接.打点计时器使用的交流电源的频打点计时器使用的交流电源的频率为率为50 Hz.开始实验时，在托盘中开始实验时，在托盘中放入适量砝码，滑块开始做匀加速放入适量砝码，滑块开始做匀加速运动，在纸带上打出一系列小点运动，在纸带上打出一系列小点.(1)图图乙乙给给出出的的是是实实验验中中获获取取的的一一条条纸纸带带的的一一部部分分，0、1、2、3、4、5、6、7是是计计数数点点，每每相相邻邻两两

15、计计数数点点间间还还有有4个个打打点点(图图中中未未标标出出)，计计数数点点间间的的距距离离如如图图所所示示.根根据据图图中中数数据据计计算算的的加加速速度度a_(保留三位有效数字保留三位有效数字).(2)回答下列两个回答下列两个问题问题：为为测测量量动动摩摩擦擦因因数数，下下列列物物理理量量中中还还应应测测量量的的有有_(填填入入所所选选物物理理量量前前的的字字母母)A.木木板板的的长长度度lB.木木板板的的质质量量m1C.滑滑块块的的质质量量m2D.托托盘盘和砝和砝码码的的总质总质量量m3E.滑滑块块运运动动的的时间时间t测测 量量 中中 所所 选选 定定 的的 物物 理理 量量 时时 需

16、需 要要 的的 实实 验验 器器 材材 是是_(3)滑滑块块与与木木板板间间的的动动摩摩擦擦因因数数_(用用所所测测物物理理量量的的字字母母表表示示，重重力力加加速速度度为为g).与与真真实实值值相相比比，测测量量的的动动摩摩擦擦因因数数_(填填“偏偏大大”或或“偏偏小小”)，写写出出支支持持你你的的看看法法的的一一个个论论据据：_.(2)为测量动摩擦因数，需计算压力和摩擦力，压力为测量动摩擦因数，需计算压力和摩擦力，压力FNm2g，所以为确定压力需测量滑块质量所以为确定压力需测量滑块质量m2，而摩擦力满足，而摩擦力满足FTFfm2a，又因为，又因为m3gFTm3a，所以，所以Ffm3g(m2

17、m3)a，所以确定，所以确定摩擦力还需测量托盘和砝码的总质量摩擦力还需测量托盘和砝码的总质量m3，m2、m3需用托盘天平需用托盘天平测出，因此还需要的实验器材是托盘天平测出，因此还需要的实验器材是托盘天平(带砝码带砝码).【答案】(1)0.4950.497 m/s2(2)CD托盘天平(带砝码)(3)偏大见解析 (2010高考山东卷高考山东卷)某同学某同学设计设计了如了如图图所示的装置来探所示的装置来探究加速度与力的关系究加速度与力的关系弹弹簧秤固定在一合适的木板上，桌面簧秤固定在一合适的木板上，桌面的右的右边缘边缘固定一支表面光滑的固定一支表面光滑的铅铅笔以代替定滑笔以代替定滑轮轮，细绳细绳的

18、两的两端分端分别别与与弹弹簧秤的挂簧秤的挂钩钩和和矿矿泉水瓶泉水瓶连连接在桌面上画出两条接在桌面上画出两条平行平行线线MN、PQ，并，并测测出出间间距开始距开始时时将木板置于将木板置于MN处处，现现缓缓慢向瓶中加水，直到木板慢向瓶中加水，直到木板刚刚刚刚开始运开始运动为动为止，止，记记下下弹弹簧秤簧秤的示数的示数F0，以此表示滑，以此表示滑动动摩擦力的大小再将木板放回原摩擦力的大小再将木板放回原处处并按住，并按住，继续继续向瓶中加水后，向瓶中加水后，记记下下弹弹簧秤的示数簧秤的示数F1，然后，然后释释放木板，并用秒表放木板，并用秒表记记下木板运下木板运动动到到PQ处处的的时间时间(1)木木板板

19、的的加加速速度度可可以以用用d、t表表示示为为a_；为为了了减减小小测测量量加速度的偶然加速度的偶然误误差可以采用的方法是差可以采用的方法是(一种即可一种即可)_ (2)改改变变瓶瓶中中水水的的质质量量重重复复实实验验，确确定定加加速速度度a与与弹弹簧簧秤秤示示数数F1的的关系下列关系下列图图象能表示象能表示该该同学同学实验结实验结果的是果的是_(3)用加水的方法改用加水的方法改变变拉力的大小与挂拉力的大小与挂钩码钩码的方法相比，它的的方法相比，它的优优点是点是_A.可以改可以改变变滑滑动动摩擦力的大小摩擦力的大小B.可以更方便地可以更方便地获获取多取多组实验组实验数据数据C.可以比可以比较较精确地精确地测测出摩擦力的大小出摩擦力的大小D.可以可以获获得更大的加速度以提高得更大的加速度以提高实验实验精度精度(3)在在矿矿泉泉水水瓶瓶中中加加水水与与砝砝码码相相比比可可以以连连续续的的改改变变质质量量，因因此此可可以以更更方方便便地地获获取取多多组组实实验验数数据据，也也可可以以比比较较精精确确地地测测出出摩摩擦擦力力的的大大小小，B、C选选项项正正确确；而而滑滑动动摩摩擦擦力力的的大大小小取取决决于于木木板板，A选选项项错错误误；砝砝码码和和加加水水都都能能使使F1很很大大，从从而而获获得得较较大大的的加加速速度度，D选选项项错误错误