实验四验证牛顿运动定律.ppt

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1、实验四实验四实验四实验四 验证牛顿运动定律验证牛顿运动定律验证牛顿运动定律验证牛顿运动定律第一页，编辑于星期日：十一点 分。基础知识梳理基础知识梳理一、实验目的一、实验目的1学会用控制变量法研究物理规学会用控制变量法研究物理规律律2探究加速度与力、质量的关系探究加速度与力、质量的关系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二页，编辑于星期日：十一点 分。基础知识梳理基础知识梳理二、实验原理二、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，的关系时，应用的基本方法是控制变量法，即先控制应用的基本方法是控制变量法，即先控制一个参量一个参量小车的质量小车的质量m不变

2、，讨论加不变，讨论加速度速度a与力与力F的关系，再控制重物的质量不的关系，再控制重物的质量不变，即力变，即力F不变，改变小车质量不变，改变小车质量m，讨论加，讨论加速度速度a与与m的关系的关系第三页，编辑于星期日：十一点 分。基础知识梳理基础知识梳理三、实验器材三、实验器材打点计时器、纸带、复写纸片、小车、打点计时器、纸带、复写纸片、小车、一端附有定滑轮的长木板、重物、砝码、夹一端附有定滑轮的长木板、重物、砝码、夹子、细绳、低压交流电源、导线、天平子、细绳、低压交流电源、导线、天平(带带有一套砝码有一套砝码)、刻度尺、刻度尺第四页，编辑于星期日：十一点 分。基础知识梳理基础知识梳理四、实验步骤

3、四、实验步骤1用天平测出小车和砝码的总质量用天平测出小车和砝码的总质量m，把数值记录下来，把数值记录下来2按图按图341所示把实验器材安所示把实验器材安装好，只是不把悬挂重物的细绳系在车上，装好，只是不把悬挂重物的细绳系在车上，即不给小车加牵引力即不给小车加牵引力图341第五页，编辑于星期日：十一点 分。基础知识梳理基础知识梳理3平衡摩擦力：在长木板的不带定滑平衡摩擦力：在长木板的不带定滑轮的一端下面垫一块木板反复移动木板的轮的一端下面垫一块木板反复移动木板的位置，直至小车在斜面上运动时可以保持匀位置，直至小车在斜面上运动时可以保持匀速直线运动状态这时，小车拖着纸带运动速直线运动状态这时，小车

4、拖着纸带运动时受到的摩擦阻力恰好与小车所受的重力在时受到的摩擦阻力恰好与小车所受的重力在斜面方向上的分力平衡斜面方向上的分力平衡4把细绳系在小车上并绕过滑轮悬挂把细绳系在小车上并绕过滑轮悬挂重物，先接通电源再放开小车，打点计时器重物，先接通电源再放开小车，打点计时器在纸带上打下一系列的点，打完点后切断电在纸带上打下一系列的点，打完点后切断电源，取下纸带，在纸带上标上纸带号码源，取下纸带，在纸带上标上纸带号码第六页，编辑于星期日：十一点 分。基础知识梳理基础知识梳理5保持小车和砝码的质量不变，改变保持小车和砝码的质量不变，改变重物的质量，使重物的质量远小于小车和砝重物的质量，使重物的质量远小于小

5、车和砝码的总质量，把重物的质量码的总质量，把重物的质量m记录下来，记录下来，重复步骤重复步骤4.6重复步骤重复步骤5三次，得到四条纸带三次，得到四条纸带7在每条纸带上都选取一段比较理在每条纸带上都选取一段比较理想的部分，标明计数点，测量计数点间的想的部分，标明计数点，测量计数点间的距离，算出每条纸带上的加速度的值填入距离，算出每条纸带上的加速度的值填入表表(一一)第七页，编辑于星期日：十一点 分。基础知识梳理基础知识梳理8用纵坐标表示加速度用纵坐标表示加速度a，横坐标表示作，横坐标表示作用力用力F，作用力的大小，作用力的大小F等于重物的重力，根据等于重物的重力，根据实验结果在坐标平面上画出相应

6、的点，如果这些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，便证明了加速度与点是在一条过原点的直线上，便证明了加速度与作用力成正比作用力成正比保持所挂重物的质量不变，在小车上增保持所挂重物的质量不变，在小车上增减砝码，重复上述步骤，并做好记录，填入减砝码，重复上述步骤，并做好记录，填入表表(二二)用纵坐标表示加速度用纵坐标表示加速度a，横坐标表示，横坐标表示小车和车内砝码总质量的倒数，在坐标平面小车和车内砝码总质量的倒数，在坐标平面上，根据实验结果绘出图线，如果这些点是上，根据实验结果绘出图线，如果这些点是在一条过原点的直线上，就证明了加速度与在一条过原点的直线上，就证明

7、了加速度与质量成反比质量成反比第八页，编辑于星期日：十一点 分。基础知识梳理基础知识梳理表表(一一)表表(二二)12345小车受力小车受力F/N加速度加速度a/ms212345小车质量小车质量m/kg加速度加速度a/ms2第九页，编辑于星期日：十一点 分。基础知识梳理基础知识梳理五、注意事项五、注意事项1一定要做好平衡摩擦力的工作，一定要做好平衡摩擦力的工作，也就是调出一个合适的斜面，使小车的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，不要受的摩擦阻力在平衡摩擦力时，不要把悬挂重物的细线系在小车上，即不要把悬

8、挂重物的细线系在小车上，即不要给小车加任何牵引力，并要让小车拖着给小车加任何牵引力，并要让小车拖着打点的纸带运动打点的纸带运动2实验步骤实验步骤2、3不需要重复，即不需要重复，即整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变重物的总质量还是改变小车和砝码改变重物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的总质量，都不需要重新平衡摩擦力第十页，编辑于星期日：十一点 分。基础知识梳理基础知识梳理3每条纸带必须在满足小车与车上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重物的总质量的所加砝码的总质量远大于重物的总质量的条件下打出只有如此，重物的总重力才

9、条件下打出只有如此，重物的总重力才可视为小车受到的拉力可视为小车受到的拉力4改变拉力和小车质量后，每次开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，并应先始时小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，再放开小车，且应在小车到达接通电源，再放开小车，且应在小车到达滑轮前按住小车滑轮前按住小车第十一页，编辑于星期日：十一点 分。基础知识梳理基础知识梳理5作图象时，要使尽可能多的点在所作作图象时，要使尽可能多的点在所作直线上，不在直线上的点应尽可能对称分布在直线上，不在直线上的点应尽可能对称分布在所作直线两侧所作直线两侧6作图时两轴标度比例要选择适当，各作图时两轴标度比例要选择适当，各

10、量须采用国际单位，这样作图线时，坐标点间量须采用国际单位，这样作图线时，坐标点间距不至于过密，误差会小些距不至于过密，误差会小些7为提高测量精度，应舍掉纸带上开为提高测量精度，应舍掉纸带上开头比较密集的点，在后边便于测量的地方找头比较密集的点，在后边便于测量的地方找一个起点可以把每打五次点的时间作为时一个起点可以把每打五次点的时间作为时间单位，即从开始点起，每五个点标出一个间单位，即从开始点起，每五个点标出一个计数点，而相邻计数点的时间间隔为计数点，而相邻计数点的时间间隔为T0.1 s(电源频率为电源频率为50 Hz)第十二页，编辑于星期日：十一点 分。基础知识梳理基础知识梳理六、误差分析六、

11、误差分析1因实验原理不完善引起的误差因实验原理不完善引起的误差本实验用重物的总重力代替小车的拉力，本实验用重物的总重力代替小车的拉力，而实际小车所受的拉力要小于重物的总重力而实际小车所受的拉力要小于重物的总重力重物的总质量越接近小车和砝码的总质量，重物的总质量越接近小车和砝码的总质量，误差越大；重物的总质量越小于小车和砝码误差越大；重物的总质量越小于小车和砝码的总质量，由此引起的误差就越小因此满的总质量，由此引起的误差就越小因此满足重物的总质量足重物的总质量m远小于小车和砝码的总远小于小车和砝码的总质量质量M的目的就是为了减小因实验原理不完的目的就是为了减小因实验原理不完善而引起的误差此误差可

12、因善而引起的误差此误差可因mM而减小，而减小，但不可能消除证明如下：但不可能消除证明如下：第十三页，编辑于星期日：十一点 分。基础知识梳理基础知识梳理小车和重物的受力情况小车和重物的受力情况如图如图342所示所示对小车：对小车：FMa对重物：对重物：mgFma图342第十四页，编辑于星期日：十一点 分。基础知识梳理基础知识梳理2平衡摩擦力不准造成误差：在平平衡摩擦力不准造成误差：在平衡摩擦力时，除了不挂重物外，其他的都衡摩擦力时，除了不挂重物外，其他的都跟正式实验一样跟正式实验一样(比如要挂好纸带、接通比如要挂好纸带、接通打点计时器打点计时器)，匀速运动的标志是打点计时，匀速运动的标志是打点计

13、时器打出的纸带上各点的距离相等器打出的纸带上各点的距离相等3其它误差：质量测量不准；记数其它误差：质量测量不准；记数点间距测量不准；纸带拉线不严格与木板点间距测量不准；纸带拉线不严格与木板平行，都能够引起实验误差平行，都能够引起实验误差第十五页，编辑于星期日：十一点 分。基础知识梳理基础知识梳理七、实验改进七、实验改进本实验中可以用气垫导轨来代替长木本实验中可以用气垫导轨来代替长木板，这样就省去了平衡小车摩擦力的麻烦，板，这样就省去了平衡小车摩擦力的麻烦，小车的加速度也可以利用传感器，借助于小车的加速度也可以利用传感器，借助于计算机来处理计算机来处理第十六页，编辑于星期日：十一点 分。高频考点

14、例析高频考点例析题型一 对实验原理及数据处理的考查例例1(2008年高考宁夏卷年高考宁夏卷)物理小组在一次探物理小组在一次探究活动中测量滑块与木板之间的动摩擦因数究活动中测量滑块与木板之间的动摩擦因数实验装置如图实验装置如图343所示，一表面粗糙的所示，一表面粗糙的木板固定在水平桌面上，一端装有定滑轮；木板固定在水平桌面上，一端装有定滑轮；木板上有一滑块，其一端与电磁打点计时器木板上有一滑块，其一端与电磁打点计时器的纸带相连，另一端通过跨过定滑轮的细线的纸带相连，另一端通过跨过定滑轮的细线与托盘连接打点计时器使用的交流电源的与托盘连接打点计时器使用的交流电源的频率为频率为50 Hz.开始实验时

15、，在托盘中放入适开始实验时，在托盘中放入适量砝码，滑块开始做匀加速运动，在纸带上量砝码，滑块开始做匀加速运动，在纸带上打出一系列小点打出一系列小点第十七页，编辑于星期日：十一点 分。高频考点例析高频考点例析图343图344第十八页，编辑于星期日：十一点 分。高频考点例析高频考点例析(1)图图344给出的是实验中获取的给出的是实验中获取的一条纸带的一部分，一条纸带的一部分，0、1、2、3、4、5、6、7是计数点，每相邻两计数点间还有是计数点，每相邻两计数点间还有4个打点个打点(图中未标出图中未标出)，计数点间的距离如图，计数点间的距离如图344所示根据图中数据计算的加速度所示根据图中数据计算的加

16、速度a_(保留三位有效数字保留三位有效数字)(2)回答下列两个问题：回答下列两个问题：为测量动摩擦因数，下列物理量中为测量动摩擦因数，下列物理量中还应测量的有还应测量的有_(填入所选物理量前填入所选物理量前的字母的字母)第十九页，编辑于星期日：十一点 分。高频考点例析高频考点例析A木板的长度木板的长度lB木板的质量木板的质量m1C滑块的质量滑块的质量m2D托盘和砝码的总质量托盘和砝码的总质量m3E滑块运动的时间滑块运动的时间t测量测量中所选定的物理量时需要的中所选定的物理量时需要的实验器材是实验器材是_(3)滑块与木板间的动摩擦因数滑块与木板间的动摩擦因数_(用被测物理量用被测物理量的字母表示

17、，重力加速度为的字母表示，重力加速度为g)与真实值相比，与真实值相比，测量的动摩擦因数测量的动摩擦因数_(填填“增大增大”或或“偏小偏小”)写出支持你的看法的一个论据：写出支持你的看法的一个论据：_.第二十页，编辑于星期日：十一点 分。高频考点例析高频考点例析第二十一页，编辑于星期日：十一点 分。高频考点例析高频考点例析第二十二页，编辑于星期日：十一点 分。高频考点例析高频考点例析【方法总结方法总结】考查用逐差法处理纸考查用逐差法处理纸带问题，用牛顿第二定律测动摩擦因数带问题，用牛顿第二定律测动摩擦因数第二十三页，编辑于星期日：十一点 分。高频考点例析高频考点例析如图如图345所示，所示，质量

18、为质量为M的滑块的滑块A放在气放在气垫导轨垫导轨B上，上，C为位移为位移传感器，它能将滑块传感器，它能将滑块A到传感器到传感器C的距离数据的距离数据实时传送到计算机实时传送到计算机题型二 创新性实验例例2图345上，经计算机处理后在屏幕上显示滑块A的位移时间(st)图象和速度时间(vt)图象整个装置置于高度可调节的斜面上，斜面的长度为l、高度为h.(取重力加速度g9.8 m/s2，结果可保留一位有效数字)第二十四页，编辑于星期日：十一点 分。高频考点例析高频考点例析(1)现给滑块现给滑块A一沿气垫导轨向上的初一沿气垫导轨向上的初速度，速度，A的的vt图线如图图线如图346甲所示，甲所示，从图线

19、可得滑块从图线可得滑块A下滑时的加速度下滑时的加速度a_m/s2，摩擦力对滑块，摩擦力对滑块A运动的影响运动的影响_(填填“明显，不可忽略明显，不可忽略”或或“不明显，可忽略不明显，可忽略”)(2)此装置还可用来验证牛顿第二定此装置还可用来验证牛顿第二定律，实验时通过改变律，实验时通过改变_，可验证质，可验证质量一定时，加速度与力成正比的关系；通过量一定时，加速度与力成正比的关系；通过改变改变_，可验证力一定时，加速度，可验证力一定时，加速度与质量成反比的关系与质量成反比的关系第二十五页，编辑于星期日：十一点 分。高频考点例析高频考点例析(3)将气垫导轨换成滑板，滑块将气垫导轨换成滑板，滑块A

20、换成滑块换成滑块A，给滑块，给滑块A一沿滑板向上的初速度，一沿滑板向上的初速度，A的的st图图线如图线如图346乙图线不对称是由于乙图线不对称是由于_造成的，通过图线可求得滑板的倾造成的，通过图线可求得滑板的倾角角_(用反三角函数表示用反三角函数表示)，滑块与滑，滑块与滑板间的动摩擦因数板间的动摩擦因数_.第二十六页，编辑于星期日：十一点 分。高频考点例析高频考点例析图346第二十七页，编辑于星期日：十一点 分。高频考点例析高频考点例析(2)斜面高度斜面高度h；滑块；滑块A的质量的质量M及斜及斜面的高度面的高度h，且使，且使Mh不变不变第二十八页，编辑于星期日：十一点 分。高频考点例析高频考点

21、例析由上面的关系可以解出：由上面的关系可以解出：arcsin0.6，0.3.【答案答案】见见解析解析【方法总结方法总结】(1)借助先进的科学仪借助先进的科学仪器可将实验数据的测量变得简单易行器可将实验数据的测量变得简单易行(2)虽然实验设备、实验条件不同，虽然实验设备、实验条件不同，但验证牛顿第二定律的基本思想方法但验证牛顿第二定律的基本思想方法控制变量法却是相同的控制变量法却是相同的(3)既要善于利用图象处理实验数据，既要善于利用图象处理实验数据，又要善于又要善于“读懂读懂”实验图象，并进一步加以实验图象，并进一步加以利用利用第二十九页，编辑于星期日：十一点 分。高频考点例析高频考点例析很多

22、人都认为很多人都认为“力越小速度就越小力越小速度就越小”，为了检验这个观点是否正确，某兴趣小，为了检验这个观点是否正确，某兴趣小组的同学设计了这样的实验方案：在水平组的同学设计了这样的实验方案：在水平桌面上放一小木块，小木块后端与穿过打桌面上放一小木块，小木块后端与穿过打点计时器的纸带相连，前端通过定滑轮与点计时器的纸带相连，前端通过定滑轮与不可伸长的细线相连接，细线上不等间距不可伸长的细线相连接，细线上不等间距地挂了五个钩码，其中第四个、第五个钩地挂了五个钩码，其中第四个、第五个钩码之间的距离最大起初木块停在靠近打码之间的距离最大起初木块停在靠近打点计时器的位置，第五点计时器的位置，第五题型

23、三 运用实验原理和实验方法的探究综合题例例3第三十页，编辑于星期日：十一点 分。高频考点例析高频考点例析个钩码到地面的距离小于木块到定滑轮个钩码到地面的距离小于木块到定滑轮的距离，如图的距离，如图347甲所示启动打点甲所示启动打点计时器，木块在钩码的牵引下，由静止开计时器，木块在钩码的牵引下，由静止开始运动，所有钩码落地后，木块会继续运始运动，所有钩码落地后，木块会继续运动一段距离打点计时器使用的交流电频动一段距离打点计时器使用的交流电频率为率为50 Hz.图乙是实验得到的从第一个钩图乙是实验得到的从第一个钩码落地到所有的钩码落地后木块连续运动码落地到所有的钩码落地后木块连续运动一段距离的一段

24、纸带，纸带运动方向如箭一段距离的一段纸带，纸带运动方向如箭头所示头所示(g取取10 m/s2)回答下列问题：回答下列问题：第三十一页，编辑于星期日：十一点 分。高频考点例析高频考点例析图图3 34 47 7第三十二页，编辑于星期日：十一点 分。高频考点例析高频考点例析(1)在本实验方案中，在不可伸长的在本实验方案中，在不可伸长的细线上挂五个钩码，使它们依次落地，而细线上挂五个钩码，使它们依次落地，而不用某个与五个钩码重量相同的一个钩码不用某个与五个钩码重量相同的一个钩码代替，这样做的目的是什么？代替，这样做的目的是什么？_.(2)根据所提供纸带上的数据，判断第根据所提供纸带上的数据，判断第五个

25、钩码落地可能出现在纸带上的哪一段？五个钩码落地可能出现在纸带上的哪一段？_.第三十三页，编辑于星期日：十一点 分。高频考点例析高频考点例析(3)木块做匀减速运动时对应纸带上的木块做匀减速运动时对应纸带上的计数点计数点D11点到点到D15点根据纸带上的数据，点根据纸带上的数据，求木块与桌面间的动摩擦因数求木块与桌面间的动摩擦因数_.(4)若每个钩码的质量均为若每个钩码的质量均为m00.05 kg，则木块质量，则木块质量M_kg.(5)简要分析所提供纸带上的数据，说简要分析所提供纸带上的数据，说明明“力越小速度就越小力越小速度就越小”的观点是否正确？的观点是否正确？_.第三十四页，编辑于星期日：十

26、一点 分。高频考点例析高频考点例析【思路点拨思路点拨】本题是将验证牛顿第本题是将验证牛顿第二定律的实验原理和探究直线运动的速二定律的实验原理和探究直线运动的速度随时间的变化规律、测定匀变速直线度随时间的变化规律、测定匀变速直线运动的加速度的实验原理巧妙综合起来运动的加速度的实验原理巧妙综合起来考查学生对木块在变力作用下的运动考查学生对木块在变力作用下的运动实验的理解及实验数据的分析、处理能实验的理解及实验数据的分析、处理能力从实验操作的题意和纸带标出的计力从实验操作的题意和纸带标出的计数点，判断出各段表示的木块运动情况，数点，判断出各段表示的木块运动情况，进而联系到木块的受力情况，求加速度进而

27、联系到木块的受力情况，求加速度第三十五页，编辑于星期日：十一点 分。高频考点例析高频考点例析【解析解析】(1)木块在五个钩码的拉力木块在五个钩码的拉力作用下，先加速运动，随着钩码先后依次作用下，先加速运动，随着钩码先后依次落地，绳对木块的拉力逐渐减小，木块所落地，绳对木块的拉力逐渐减小，木块所受绳的拉力和摩擦力的合力先减小，此时，受绳的拉力和摩擦力的合力先减小，此时，对应纸带上的对应纸带上的D1D7段部分，做加速度减段部分，做加速度减小的加速运动；题中说小的加速运动；题中说“第四个、第五个钩第四个、第五个钩码之间的距离最大码之间的距离最大”与纸带上与纸带上D7D10段匀段匀速、速、D10D11

28、变短、变短、D11D15段表示匀减速段表示匀减速运动，结合起来考虑，就可形成木块正确运动，结合起来考虑，就可形成木块正确的整个运动过程在不可伸长的细绳上挂的整个运动过程在不可伸长的细绳上挂五个钩码，目的是使木块做加速运动，使五个钩码，目的是使木块做加速运动，使受到的拉力逐渐减小受到的拉力逐渐减小第三十六页，编辑于星期日：十一点 分。高频考点例析高频考点例析(2)由由(1)分析知，第五个钩码落地出分析知，第五个钩码落地出现在现在D10D11.(3)由由(1)分析知，分析知，D11D15段为匀减速段为匀减速运动运动sD11D12D12D130.20 cm.第三十七页，编辑于星期日：十一点 分。高频

29、考点例析高频考点例析(4)在匀速运动时，绳上只有一个钩码，在匀速运动时，绳上只有一个钩码，由平衡条件得由平衡条件得(5)从从D1D8段知，木块受力越来越小，段知，木块受力越来越小，但运动速度越来越大，故但运动速度越来越大，故“力越小速度就越力越小速度就越小小”的观点是不正确的的观点是不正确的第三十八页，编辑于星期日：十一点 分。高频考点例析高频考点例析【答案答案】(1)通过钩码逐个落地来减通过钩码逐个落地来减小木块受的拉力小木块受的拉力(2)D10D11或图中或图中2.42 cm段段(3)0.5(4)0.1(5)钩码逐个落地阶段即钩码逐个落地阶段即D1D8段，段，木块受力越来越小，但相邻两点间的距离木块受力越来越小，但相邻两点间的距离越来越大，即速度越来越大，所以越来越大，即速度越来越大，所以“力越力越小速度就越小小速度就越小”的观点是不正确的的观点是不正确的第三十九页，编辑于星期日：十一点 分。随堂达标自测随堂达标自测点击进入第四十页，编辑于星期日：十一点 分。