课件PPT验证牛顿运动定律.ppt

1、第第3节节 实验：验证牛顿运动定律实验：验证牛顿运动定律 精品PPT 【例1】在做本实验时，按实验要求装置好器材后， 应按一定的步骤进行实验，下列给出供选择的操作步 骤： A保持小桶和砂的质量不变，在小车里加砝码， 测出加速度，重复几次 B保持小车质量不变，改变小桶里砂的质量， 测出加速度，重复几次 C用天平测出小车和小桶的质量 对实验步骤的了解 D在长木板没有定滑轮的一端垫上厚度合适的 垫木，平衡摩擦力 E根据测出的数据，分别画出a-F和a-(1/m0)的图 线 F用秒表测出小车运动的时间 G将装有砂的小桶用细线通过定滑轮系到小车 上，接通电源，释放小车，在纸带上打下一系列的点 以上步骤中，

2、不必要的步骤是_，正确 步骤的合理顺序是_(填写代表字母) 【解析】 本实验利用打点计时器进行计时，相邻两点 的时间间隔为0.02s，不需要秒表，步骤F是不必要的， 记住本实验的重要步骤不难作答本探究实验中，可 以先保持外力F不变，研究加速度a与小车质量m0的关 系；再保持小车质量m0不变，研究加速度与外力F的 关系，因此，实验步骤中的A、B可以互换 【答案】 F CDGABE(或CDGBAE) 【点评】 本实验中，平衡摩擦力是重要的一步，如果 没有平衡摩擦力，小车的加速度就不能与拉力F成正 比，导致实验失败平衡摩擦力时，斜面倾角不能过 大，否则小车在没有拉力的情况下会产生加速度，同 样会导致

3、实验失败 1在使用打点计时器时对于先放手还是先通电 的顺序搞不清楚 2在验证牛顿第二定律实验时忘记平衡摩擦 力 3在进行数据处理时不能抓住主要矛盾，画出 折线 4选取纸带处理数据求解加速度时，取值范围 太小，增大计算的误差 5对于匀变速直线运动中平均速度就等于中间 时刻的速度不能深刻理解和灵活运用 【例2】(单选)实验探究加速度与力、质量的定量关系， 下列认识正确的是( ) AF、m和a三个物理量都有直接测量的工具 B实验时为消除摩擦力对小车运动的影响，要 将木板无滑轮的一端垫高，直到小车不挂重物时也能 自己沿长木板运动起来 C实验时重物通过细绳拉小车的力要比重物的 重力小 D根据实验数据，得

4、到的F不变时的am图象 是过原点的倾斜直线 【错解】 B 【错解原因】 错误地认为平衡摩擦力就是小车在斜面 上运动就一定是做匀速直线运动 A B 1 D C Fma Fam a m 力 和质量 可直接用测力计和天平测量，但 不 能直接测量故选项 错误若将小车一端垫高到小车不 挂重物时也能自己沿长木板运动起来时，就已平衡摩擦 力过度了，故选项 错误 不变时， 与 成反比，故 其图象不是直线，其实图象是直线，故选项 错误 若重物对小车的拉力等于重物的重力，则重物所受合力 为零，它就不会拉着小车加速运动了，故选项 【正解】 正确 【答案】 C 【纠错心得】 对实验中相关要求只是粗略的了解，不 能仔细

5、思考是造成错误的关键，如本题把小车自己的 运动和让小车在斜面上做匀速直线运动相混是造成错 误的最主要原因 【例3】在探究加速度与物体所受合力F及质量m的关 系实验中，如图333为实验装置简图，A为小车，B为 打点计时器，C为砝码，D为一端带有定滑轮的长方形 木板，实验中认为细绳对小车拉力F等于砝码总重量， 小车运动加速度a可用纸带上点求得： 题型一题型一 对数据处理及误差的分析对数据处理及误差的分析 图333 图334 (1)如图334为某次实验得到的纸带(交流电的频率 为50Hz)，试由图中数据求出小车加速度值(写出计算 过程)； (2)保持砝码质量不变，改变小车质量m，分别得 到小车加速度

6、a与质量m及对应的1/m 数据如下表： 1 _ Fa m 从图线中得到 不变时小车加速度 与质量 之间定量关系式是 根据上表数据，为直观反映F不变时a与m的关系， 请在方格坐标纸中选择恰当物理量建立坐标系，并作 出图线335所示 图335 12 3456 78 15263748 2 2 13347.72cm7.21cm 6.71cm6.25cm5.76cm5.29cm 4.87cm4.31cm 16 0.04s3.0m/s . ss ssss ss ssssssss a T Ta 【解析】 由图可得：， ， ， 由逐差可得： 将带入上式可解得： (2)根据表中所提供的实验数据，所作的图象如下

7、图所示为求直线的斜率，可在直线上找两个距离较 远的点，如点(1.00,0.50)和点(3.00,1.50)，求得直线的 斜率为：k=(1.50-0.50)/(3.00-1.00)=0.5. 11 1/ 2. 2 Faa mm 即，所以 与质量之间定量关系式是： 【思维拓展】观察描出的各数据点，可以看出各点大 体在一条直线上，由于误差的存在，不可将各数据点 直接连起来，使这些点尽可能地对称分布在直线的两 侧，这样可以减小实验误差，且离直线较远的点误差 较大，这些误差数据可以直接舍去，然后作出实验结 果图 跟踪训练跟踪训练1 在“探究物体运动与受力的关系”的实 验中，实验装置如图336甲所示有一位

8、同学通过实 验测量作出了图乙中的A图线，另一位同学实验测出 了如图丙中的B图线试分析： 图336 (1)A图线不通过坐标原点的原因是 ； (2)A图线上部弯曲的原因是 ； (3)B图线在纵轴上有截距的原因是 _ _ _. 没有平衡摩擦力或摩擦力平衡不够 未满足拉车的砝码质量m远小于小车的质量M 在平衡摩擦力时，长木板的倾角过大，小车沿斜面 向下的分力大于摩擦力，使尚未对小车施加拉力时， 小车已有加速度 【解析】 运用图象分析实验误差原因，这是实验 探究中一项很重要的能力 【例4】在探究物体运动与受力的关系的实验中，得 到以下数据：物体质量不变时，加速度a与物体所受 合力F的对应数据如表1；物体

9、所受合力不变时，加速 度a和物体质量的倒数1/M的对应数据如表2. 表1 表2 (1)分别画出a-F图象和a-1/M图象(画在图337的 两个坐标图上) (2)由a-F图象得到的结论是：_； 由a一1/M图象得到的结论是：_. 图337 【解析】 (1)如图所示 (2)物体的加速度与物体所受的合力成正比；物体 的加速度与物体的质量的倒数成正比 跟踪训练跟踪训练2 在利用打点计时器探究加速度与力、质 量关系的实验中，以下做法正确的是( ) A平衡摩擦力时，应将重物用细绳通过定滑轮系在 小车上 B每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力 C实验时，先放开小车，后接通电源 D“重物的质量远小于小车

10、的质量”这一条件如不 满足，对探究过程也不会产生影响 B 【解析】 平衡摩擦力时，不把悬挂重物用细绳通过定 滑轮系在小车上，即不对小车施加拉力在木板无滑 轮的一端下面垫一薄木块，反复移动其位置，直到拖 在小车后面的纸带上打出的点距均匀为止设木板的 倾角为，则平衡摩擦力后有mgsin=mgcos，即 =arctan，与小车的质量无关，故每次改变小车的质 量时，不需要重新平衡摩擦力实验时，应先接通电 源，待打点计时器工作稳定后再放开小车实验要求 重物的质量远小于小车的质量，因为只有这样，重物 的重力才近似等于细绳对小车的拉力正确选项为B. 【例5】现要验证“当质量一定时，物体运动的加速 度与它所受

11、的合外力成正比”这一物理规律给定的 器材如下：一倾角可以调节的长斜面(如图338所示)、 小车、计时器一个、米尺 题型二题型二 通过斜面探究加速度和质量及合外力的关系通过斜面探究加速度和质量及合外力的关系 图338 (1)填入适当的公式或文字，完善以下实验步骤 (不考虑摩擦力的影响)： 小车自斜面上方一固定点A1从静止开始下滑至 斜面底端A2，记下所用的时间t. 用米尺测量A1与A2之间的距离s，则小车的加速 度a=_ 用米尺测量A1相对于A2的高度h.设小车所受重 力为mg，则小车所受的合外力F=_. 改变_，重复上述测量 以h为横坐标，1/t2为纵坐标，根据实验数据作 图如能得到一条过原点

12、的直线，则可以验证“当质 量一定时，物体运动的加速度与它所受的合外力成正 比”这一规律 (2)在探究如何消除上述实验中摩擦阻力影响的过 程中，某同学设计的方案是： 调节斜面倾角，使小车在斜面上匀速下滑测 量此时A1点相对于斜面底端A2点的高度h0. 进行(1)中的各项步骤 计算与作图时用(h-h0)代替h. 对此方案有以下几种评论意见： A方案正确可行 B方案的理论依据正确，但利用所给的器材无 法确定小车在斜面上是否做匀速运动 C方案的理论依据有问题，小车所受摩擦力与 斜面倾角有关 其中合理的意见是_ 2 2 1 12 2 sin. s sata t h Fmgmg s 小车做初速度为零的匀加

13、速直线运动， 根据匀变速直线运动规律有，故； 小车在斜面上受到竖直向下的重力、垂直接触面的 支持力，这两个力在垂直斜面方向的合力为零，所 以沿斜面方向的力为 【解析】 (2)因为要探究加速度与合外力的关系，应该改变 合外力的大小，而由题意可知，在质量确定的情况下， 合外力的大小与高度成正比，所以应该改变高度h的 数值重复实验，而其实质就是改变斜面的倾角 2 2 1() 2 C sh mgh ts 【斜面倾角 或填 的数值】 答案 【思维拓展】本题在考查实验步骤这一常规问题采用 填空的形式，考查了实验原理和数据处理的相关问题， 这体现了命题在传统基础之上的创新，对考生实验探 究能力进行初步考查第

14、二步对方案的评价显然带有 浓厚的新课程改革的味道，这对学生综合分析和判断 能力提出了全新的要求，对此类命题的训练有助于提 高同学们对创新实验题的理解 1.(2009上海卷)如图339为“用DIS(位移传感器、数据 采集器、计算机)研究加速度和力的关系”的实验装 置 图339 (1)在该实验中必须采用控制变量法，应保持 _不变，用钩码所受的重力作为 _，用DIS测小车的加速度 (2)改变所挂钩码的数量，多次重复测量在 某次实验中根据测得的多组数据可画出a-F关系 图线(如图3310所示) 小车的总质量 小车所受外力 图3310 分析此图线的OA段可得出的实验结论是 _. (单选题)此图线的AB段

15、明显偏离直线，造成此 误差的主要原因是( ) A小车与轨道之间存在摩擦 B导轨保持了水平状态 C所挂钩码的总质量太大 D所用小车的质量太大 在质量不变的条件下，加速度与外力成正比 C 1 2 11 () mg aFkM MmMmMm mkmFk 根据本实验的原理，实验中用钩码所受的 重力作为对小车的拉力在研究加速度与拉力的关系 时应保持小车的总质量不变 本实验采取控制变量法因为要探究“加 速度和力的关系”所以应保持小车的总质量不变，钩 码所受的重力作为小车所受外力；根据牛顿第二定 律，图象的斜率，当 时， 近似不变，随着或的增大 【析】 ， 解 减小 2.(2011全国新课标)利用图3311所

16、示的装置可测量滑 块在斜面上运动的加速度一斜面上安装有两个光电 门，其中光电门乙固定在斜面上靠近底端处，光电门 甲的位置可移动，当一带有遮光片的滑块自斜面上滑 下时，与两个光电门都相连的计时器可以显示出遮光 片从光电门甲至乙所用的时间t.改变光电门甲的位置 进行多次测量，每次都使滑块 从同一点由静止开始下滑，并 用米尺测量甲、乙之间的距离 s，记下相应的t值；所得数据 如下表所示. 图3311 完成下列填空和作图： (1)若滑块所受摩擦力为一常量，滑块加速度的大 小a、滑块经过光电门乙时的瞬时速度v1、测量值s和t 四个物理量之间所满足的关系式是_； (2)根据表中给出的数据，在下图给出的坐标

17、纸上 画出s/t-t图线； 2 1 1 2 svtat (3)由所画出的s/t-t图线，得出滑块加速度的大小 为a=_m/s2(保留2位有效数字) 2.0 22 0101 11 1 22 2 sv tatvvatsvtat【解析】 由，得 见下图 (3)作图求出斜率k=-0.9897m/s2，a=2|k|2.0m/s2. 3.(2011山东卷)某探究小组设计了“用一把尺子测定 动摩擦因数”的实验方案如图3312所示，将一个小 球和一个滑块用细绳连接，跨在斜面上端开始时小 球和滑块均静止，剪断细绳后，小球自由下落，滑块 沿斜面下滑，可先后听到小球落地和滑块撞击挡板的 声音，保持小球和滑块释放的位

18、置不变，调整挡板位 置，重复以上操作，直到能同时听到小球落地和滑块 撞击挡板的声音用刻度尺测出小球下落的高度H、 滑块释放点与挡板处的高度差h和沿斜面运动的位移 x.(空气阻力对本实验的影响可以忽略) (1)滑块沿斜面运动的加速度与重力加速度的比值为_. (2)滑块与斜面间的动摩擦因数为_. (3)以下能引起实验误差的是_. a滑块的质量 b当地重力加速度的大小 c长度测量时的读数误差 d小球落地和滑块撞击挡板不同时 图3312 cd x H 2 22 1 () x h H xh 2 2 1 1 2 1 2 Hgt xat ax gH 由小球自由落体运动得： 由滑块匀变速直线运动知： 上面两式

19、相比可知： 【解析】 22 2 22 2sincos sin cos 1 () mgmgma h x xh x x h H xh 由整理可得： 4.(2011湛江模拟)(1)某位同学在做验证牛顿第二定律 前必须进行的操作步骤是_. (2)正确操作后通过测量，作出aF图线，如图3313中 的实线所示试分析：图线上部弯曲的原因是 _. 平衡摩擦力 没有满足小车质量M远大于砂和砂桶的质量m 图3313 (3)打点计时器使用的交流电频率f=50Hz，如图3314是 某同学在正确操作下获得的一条纸带，其中A、B、C、 D、E每两点之间还有4个点没有标出，写出用s1、s2、 s3、s4以及f来表示小车加速

20、度的计算式： a=_ (用英文字母表示)；根据纸带所 提供的数据，算得小车的加速度大小为_m/s2(结 果保留两位有效数字) 0.60 2 4321 100 ssss f 图3314 5.(双选)(2011茂名模拟)学习物理除了知识的学习外， 还要领悟并掌握处理物理问题的思想与方法，如图33- 15所示是高中阶段观察或操作过的几个实验，其中研 究物理问题的思想方法相同的是( ) A(1)(2) B(2)(3) C(3)(4) D(1)(4) 图3315 BD 12 22 21 12 12 12 2 33 1 6. 6 vv vv a s GG GG tt 利用气垫导轨减少摩擦力，利用光电门、光

21、电数字计 时器可以精确测量滑块经过两个不同位置的速度 和 ， 再测量两位置间距离，利用就可求得加速度 为了探究加速度与力的关系，使用如图所示的 气垫导轨装置进行实验其中、为两个光电门，它 们与数字计时器相连，当滑行器通过、光电门时， 光束被遮挡的时间、都可以被测量并记录，滑行 器连同上面固定的一条形 . M Dxm 挡光片的总质量为，挡光片 宽度为 ，光电门间距离为 ，牵引砝码的质量为回答 下列问题： (1)实验开始应先调节气垫导轨下面的螺钉，使气垫导 轨水平，在不增加其他仪器的情况下，如何判定调节 是否到位？ 图3316 取下牵引砝码，M放在任意位置都不动；或取下牵引 砝码，轻推滑行器M，数字计时器记录每一个光电门 的光束被挡的时间t都相等 . (2)在此实验中，需要测得每一个牵引力对应的加速度， 其中求加速度的表达式为 _.(用t1、 t2、D、x表示) 22 21 ()() 2 DD tt a x 22 1221 12 22 21 1 22 ()() . 2 M MM DD vvvvax tt DD tt a x 如果气垫导轨水平，则不挂砝码时，应 能在任意位置静止不动，或推动后能使匀速运动 由， 得： 【 可 析】 ， 解