高考物理一輪復(fù)習(xí)課件專題三：實驗 驗證牛頓運動定律

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1、 1學(xué)會用控制變量法研究物理規(guī)律學(xué)會用控制變量法研究物理規(guī)律 2驗證牛頓第二定律驗證牛頓第二定律 3掌握利用圖象處理數(shù)據(jù)的方法掌握利用圖象處理數(shù)據(jù)的方法 實驗實驗 驗證牛頓運動定律驗證牛頓運動定律 探究加速度探究加速度a與力與力F及質(zhì)量及質(zhì)量m的關(guān)系時，應(yīng)用的基本方法的關(guān)系時，應(yīng)用的基本方法是控制變量法，即先控制一個參量是控制變量法，即先控制一個參量小車的質(zhì)量小車的質(zhì)量m不變，不變，討論加速度討論加速度a與力與力F的關(guān)系，再控制小盤和砝碼的質(zhì)量不變，的關(guān)系，再控制小盤和砝碼的質(zhì)量不變，即力即力F不變，改變小車質(zhì)量不變，改變小車質(zhì)量m，討論加速度，討論加速度a與與m的關(guān)系的關(guān)系打點計時器、紙帶、

2、復(fù)寫紙、小車、一端附有定滑輪的長木板、小盤、夾子、打點計時器、紙帶、復(fù)寫紙、小車、一端附有定滑輪的長木板、小盤、夾子、細繩、低壓交流電源、導(dǎo)線、天平、刻度尺、砝碼細繩、低壓交流電源、導(dǎo)線、天平、刻度尺、砝碼 一、測質(zhì)量一、測質(zhì)量 1用用天平測出小車和砝碼的總質(zhì)量天平測出小車和砝碼的總質(zhì)量M，小盤和砝碼的總質(zhì)量，小盤和砝碼的總質(zhì)量m，把測量結(jié)果記錄下來把測量結(jié)果記錄下來 二、儀器安裝及平衡摩擦力二、儀器安裝及平衡摩擦力 圖圖341 2按按圖圖341把實驗器材安裝好，只是不把懸掛小盤的細繩把實驗器材安裝好，只是不把懸掛小盤的細繩系在車上，即不給小車系在車上，即不給小車 加牽引力加牽引力3平衡摩擦力

3、：在長木板不帶定滑輪的一端下面墊一塊木平衡摩擦力：在長木板不帶定滑輪的一端下面墊一塊木板反復(fù)移動木板的板反復(fù)移動木板的 位置，直至小車在斜面上運動時可以保持勻速直線運動狀位置，直至小車在斜面上運動時可以保持勻速直線運動狀態(tài)這時，小車拖態(tài)這時，小車拖 著紙帶運動時受到的摩擦阻力恰好與小車所受的重力在斜面著紙帶運動時受到的摩擦阻力恰好與小車所受的重力在斜面方向上的分力平衡方向上的分力平衡三、保持小車的質(zhì)量不變?nèi)⒈３中≤嚨馁|(zhì)量不變 4把把細繩系在小車上并繞過滑輪懸掛小盤，先接通電源再放細繩系在小車上并繞過滑輪懸掛小盤，先接通電源再放開小車，打點計時器開小車，打點計時器 在紙帶上打下一系列的點，打完

4、點后切斷電源，取下紙帶，在紙帶上打下一系列的點，打完點后切斷電源，取下紙帶，在紙帶上標(biāo)上紙在紙帶上標(biāo)上紙 帶號碼帶號碼 5保持小車和砝碼的質(zhì)量不變，在小盤里放入適量的砝碼，保持小車和砝碼的質(zhì)量不變，在小盤里放入適量的砝碼，把小盤和砝碼的總質(zhì)把小盤和砝碼的總質(zhì) 量量m記錄下來，重復(fù)步驟記錄下來，重復(fù)步驟4.在小桶內(nèi)再放入適量砝碼，記在小桶內(nèi)再放入適量砝碼，記錄下小盤和砝碼的總錄下小盤和砝碼的總 質(zhì)量質(zhì)量m，再重復(fù)步驟，再重復(fù)步驟4. 6重復(fù)步驟重復(fù)步驟5三次，得到三條紙帶三次，得到三條紙帶 7在每條紙帶上都選取一段比較理想的部分，標(biāo)明計數(shù)點，在每條紙帶上都選取一段比較理想的部分，標(biāo)明計數(shù)點，測量

5、計數(shù)點間的距測量計數(shù)點間的距 離，算出每條紙帶上的加速度的值離，算出每條紙帶上的加速度的值 8用縱坐標(biāo)表示加速度用縱坐標(biāo)表示加速度a，橫坐標(biāo)表示作用力，橫坐標(biāo)表示作用力F，作用力的大，作用力的大小小F等于小盤和砝碼的等于小盤和砝碼的 總重力，根據(jù)實驗結(jié)果在坐標(biāo)平面上畫出相應(yīng)的點，如果總重力，根據(jù)實驗結(jié)果在坐標(biāo)平面上畫出相應(yīng)的點，如果這些點是在一條過原這些點是在一條過原 點的直線上，便證明了加速度與作用力成正比點的直線上，便證明了加速度與作用力成正比 四、保持小盤和砝碼的質(zhì)量不變四、保持小盤和砝碼的質(zhì)量不變 9保保持小盤和砝碼的質(zhì)量不變，在小車上加砝碼，重復(fù)持小盤和砝碼的質(zhì)量不變，在小車上加砝碼

6、，重復(fù)上面的實驗，用縱坐上面的實驗，用縱坐 標(biāo)表示加速度標(biāo)表示加速度a，橫坐標(biāo)表示小車和砝碼總質(zhì)量的倒數(shù)，橫坐標(biāo)表示小車和砝碼總質(zhì)量的倒數(shù)，根據(jù)實驗結(jié)果在根據(jù)實驗結(jié)果在 坐標(biāo)平面上畫出相應(yīng)的點如果這些點是在一條過原坐標(biāo)平面上畫出相應(yīng)的點如果這些點是在一條過原點的直線上，就證明點的直線上，就證明 了加速度與質(zhì)量成反比了加速度與質(zhì)量成反比 1一定要做好平衡摩擦力的工作，也就是調(diào)出一個合適的斜一定要做好平衡摩擦力的工作，也就是調(diào)出一個合適的斜面，使小車的重力面，使小車的重力 沿著斜面方向的分力正好平衡小車受的摩擦阻力在平衡沿著斜面方向的分力正好平衡小車受的摩擦阻力在平衡摩擦力時，不要把摩擦力時，不要

7、把 懸掛小盤的細線系在小車上，即不要給小車加任何牽引力，懸掛小盤的細線系在小車上，即不要給小車加任何牽引力，并要讓小車拖著并要讓小車拖著 打點的紙帶運動打點的紙帶運動 2實驗步驟實驗步驟2、3不需要重復(fù)，即整個實驗平衡了摩擦力后，不需要重復(fù)，即整個實驗平衡了摩擦力后，不管以后是改變小不管以后是改變小 盤和砝碼的總質(zhì)量還是改變小車和砝碼的總質(zhì)量，都不需盤和砝碼的總質(zhì)量還是改變小車和砝碼的總質(zhì)量，都不需要重新平衡摩擦力要重新平衡摩擦力 3每條紙帶必須在滿足小車與車上所加砝碼的總質(zhì)量遠大每條紙帶必須在滿足小車與車上所加砝碼的總質(zhì)量遠大于小盤和砝碼的總于小盤和砝碼的總 質(zhì)量的條件下打出只有如此，小盤和

8、砝碼的總重力才質(zhì)量的條件下打出只有如此，小盤和砝碼的總重力才可視為小車受到的可視為小車受到的 拉力拉力 4改變拉力和小車質(zhì)量后，每次開始時小車應(yīng)盡量靠近打改變拉力和小車質(zhì)量后，每次開始時小車應(yīng)盡量靠近打點計時器，并應(yīng)先點計時器，并應(yīng)先 接通電源，再放開小車，且應(yīng)在小車到達滑輪前按住小接通電源，再放開小車，且應(yīng)在小車到達滑輪前按住小車車 1質(zhì)量的測量誤差，紙帶上打點計時器打質(zhì)量的測量誤差，紙帶上打點計時器打點間隔距離的測量誤差，拉線或紙帶不與點間隔距離的測量誤差，拉線或紙帶不與木板平行等都會造成誤差木板平行等都會造成誤差 2因?qū)嶒炘聿煌晟圃斐烧`差：因?qū)嶒炘聿煌晟圃斐烧`差： 本實驗中用小盤和砝

9、碼的總重力代替小車受到的拉力本實驗中用小盤和砝碼的總重力代替小車受到的拉力(實際實際上小車受到的拉力要上小車受到的拉力要 小于小盤和砝碼的總重力小于小盤和砝碼的總重力)，存在系統(tǒng)誤差小盤和砝碼的，存在系統(tǒng)誤差小盤和砝碼的總質(zhì)量越接近小車的總質(zhì)量越接近小車的 質(zhì)量，誤差就越大；反之，小盤和砝碼的總質(zhì)量越小于小質(zhì)量，誤差就越大；反之，小盤和砝碼的總質(zhì)量越小于小車的質(zhì)量，誤差就越小車的質(zhì)量，誤差就越小 3平衡摩擦力不準(zhǔn)造成誤差：平衡摩擦力不準(zhǔn)造成誤差： 在平衡摩擦力時，除了不掛小盤外，其他的都跟正式實驗在平衡摩擦力時，除了不掛小盤外，其他的都跟正式實驗一樣一樣(比如要掛好紙帶、比如要掛好紙帶、 接通

10、打點計時器接通打點計時器)，勻速運動的標(biāo)志是打點計時器打出的紙，勻速運動的標(biāo)志是打點計時器打出的紙帶上各點的距離相等帶上各點的距離相等 【例【例1】 圖圖342 在在探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系實驗中，采用如圖探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系實驗中，采用如圖342所示的實驗裝所示的實驗裝 置，小車及車中砝碼的質(zhì)量用置，小車及車中砝碼的質(zhì)量用M表示，盤及盤中砝碼的表示，盤及盤中砝碼的質(zhì)量用質(zhì)量用m表示，小車表示，小車 的加速度可由小車后拖動的紙帶由打點計時器打上的點的加速度可由小車后拖動的紙帶由打點計時器打上的點計算出計算出 (1)當(dāng)當(dāng)M與與m的大小關(guān)系滿足的大小關(guān)系滿足_時，才可以認(rèn)為繩時，才可以認(rèn)為

11、繩對小車的拉力大小等對小車的拉力大小等 于盤及盤中砝碼的重力于盤及盤中砝碼的重力 (2)一組同學(xué)在做加速度與質(zhì)量的關(guān)系實驗時，保持盤及盤中一組同學(xué)在做加速度與質(zhì)量的關(guān)系實驗時，保持盤及盤中砝碼的質(zhì)量一定，砝碼的質(zhì)量一定， 改變小車及車中砝碼的質(zhì)量，測出相應(yīng)的加速度，采用圖象改變小車及車中砝碼的質(zhì)量，測出相應(yīng)的加速度，采用圖象法處理數(shù)據(jù)為了比法處理數(shù)據(jù)為了比 較容易地確定出加速度較容易地確定出加速度a與質(zhì)量與質(zhì)量M的關(guān)系，應(yīng)該作的關(guān)系，應(yīng)該作a與與_的圖象的圖象 圖圖343 (3)如圖如圖343(a)為甲同學(xué)根據(jù)測量數(shù)據(jù)作出的為甲同學(xué)根據(jù)測量數(shù)據(jù)作出的aF圖線，圖線，說明實驗存在的問題是說明實驗

12、存在的問題是 _ (4)乙、丙同學(xué)用同一裝置做實驗，畫出了各自得到的乙、丙同學(xué)用同一裝置做實驗，畫出了各自得到的aF圖圖線如圖線如圖343(b)所所 示，兩個同學(xué)做實驗時的哪一個物理量取值不同？示，兩個同學(xué)做實驗時的哪一個物理量取值不同？ _. 解析：解析：(1)當(dāng)當(dāng)Mm時，才可以認(rèn)為繩對小車的拉力大小等于時，才可以認(rèn)為繩對小車的拉力大小等于盤及盤中砝碼的重力盤及盤中砝碼的重力 (2)因由實驗畫的因由實驗畫的aM圖象是一條曲線，難以判定它所對應(yīng)圖象是一條曲線，難以判定它所對應(yīng)的函數(shù)式，從而難以的函數(shù)式，從而難以 確定確定a與與M的定量關(guān)系，所以在實驗中應(yīng)作的定量關(guān)系，所以在實驗中應(yīng)作a 圖象而

13、不是圖象而不是aM圖象來分析實驗圖象來分析實驗 結(jié)果結(jié)果 (3)圖圖(a)甲同學(xué)根據(jù)測量數(shù)據(jù)作出的甲同學(xué)根據(jù)測量數(shù)據(jù)作出的aF圖線沒有過原點，圖線沒有過原點，圖象交于圖象交于F軸上一點，軸上一點， 說明沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不夠說明沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不夠 (4)乙、丙同學(xué)用同一裝置做實驗，畫出了各自得到的乙、丙同學(xué)用同一裝置做實驗，畫出了各自得到的aF圖線，兩圖象的斜圖線，兩圖象的斜 率不率不 同，說明兩個同學(xué)做實驗時的小車及車上砝碼的總質(zhì)量不同，說明兩個同學(xué)做實驗時的小車及車上砝碼的總質(zhì)量不同同 答案：答案：(1)Mm(2)1/M(3)沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力沒有平衡摩擦力或平

14、衡摩擦力不夠不夠 (4)小車及車上的砝碼的總質(zhì)量不同小車及車上的砝碼的總質(zhì)量不同【例【例2】 若若測得某一物體質(zhì)量測得某一物體質(zhì)量M一定時，一定時，a與與F的有關(guān)數(shù)據(jù)資料如下表所示的有關(guān)數(shù)據(jù)資料如下表所示a/(ms2)1.98 4.06 5.95 8.12F/N1.00 2.00 3.00 4.00圖圖344(1)根據(jù)表中數(shù)據(jù)，在圖根據(jù)表中數(shù)據(jù)，在圖344坐標(biāo)中畫出坐標(biāo)中畫出aF圖象圖象(2)根據(jù)圖象判定：當(dāng)根據(jù)圖象判定：當(dāng)M一定時，一定時，a與與F的關(guān)系為的關(guān)系為_ 解析：解析：本題主要考查本題主要考查“驗證牛頓運動定律驗證牛頓運動定律”實驗的數(shù)據(jù)實驗的數(shù)據(jù)處理方法及結(jié)果分析若處理方法及結(jié)果

15、分析若a與與F成正比，則圖象是一條過原點成正比，則圖象是一條過原點的直線同時，因?qū)嶒炛胁豢杀苊獾爻霈F(xiàn)誤差，則在誤差允的直線同時，因?qū)嶒炛胁豢杀苊獾爻霈F(xiàn)誤差，則在誤差允許范圍內(nèi)圖象是一條過原點的直線即可連線時應(yīng)使直線過許范圍內(nèi)圖象是一條過原點的直線即可連線時應(yīng)使直線過盡可能多的點，不在直線上的點應(yīng)大致對稱分布在直線兩側(cè)，盡可能多的點，不在直線上的點應(yīng)大致對稱分布在直線兩側(cè)，離直線較遠的點應(yīng)視為錯誤數(shù)據(jù)，不予以考慮，如圖所示離直線較遠的點應(yīng)視為錯誤數(shù)據(jù)，不予以考慮，如圖所示 答案：答案：(1)見解析見解析(2)正比關(guān)系正比關(guān)系圖圖345【例【例3】 如圖如圖345所示的實驗裝置可以驗證牛頓運動定所

16、示的實驗裝置可以驗證牛頓運動定律，小車上固定一個盒律，小車上固定一個盒 子，盒子內(nèi)盛有沙子沙桶的總質(zhì)量子，盒子內(nèi)盛有沙子沙桶的總質(zhì)量(包括桶以及桶內(nèi)包括桶以及桶內(nèi)沙子質(zhì)量沙子質(zhì)量)記為記為m， 小車的總質(zhì)量小車的總質(zhì)量(包括車、盒子及包括車、盒子及盒內(nèi)沙子質(zhì)量盒內(nèi)沙子質(zhì)量)記為記為M. (1)驗證在質(zhì)量不變的情況下，加速度與合外力成正比：從驗證在質(zhì)量不變的情況下，加速度與合外力成正比：從盒子中取出一些沙子，裝入沙桶中，稱量并記錄沙桶的總重盒子中取出一些沙子，裝入沙桶中，稱量并記錄沙桶的總重力力mg，將該力視為合外力，將該力視為合外力F，對應(yīng)的加速度，對應(yīng)的加速度a則從打下的紙帶則從打下的紙帶中

17、計算得出多次改變合外力中計算得出多次改變合外力F的大小，每次都會得到一個相的大小，每次都會得到一個相應(yīng)的加速度本次實驗中，桶內(nèi)的沙子取自小車中，故系統(tǒng)應(yīng)的加速度本次實驗中，桶內(nèi)的沙子取自小車中，故系統(tǒng)的總質(zhì)量不變以合外力的總質(zhì)量不變以合外力F為橫軸，以加速度為橫軸，以加速度a為縱軸，畫出為縱軸，畫出aF圖象，圖象是一條過原點的直線圖象，圖象是一條過原點的直線 aF圖象斜率的物理意義是圖象斜率的物理意義是_ 你認(rèn)為把沙桶的總重力你認(rèn)為把沙桶的總重力mg當(dāng)作合外力當(dāng)作合外力F是否合理？是否合理？ 答：答：_.(填填“合理合理”或或“不合理不合理”) 本次實驗中，是否應(yīng)該滿足本次實驗中，是否應(yīng)該滿足

18、Mm這樣的條件？這樣的條件？ 答：答：_(填填“是是”或或“否否”)； 理由是理由是_ (2)驗證在合外力不變的情況下，加速度與質(zhì)量成反比：驗證在合外力不變的情況下，加速度與質(zhì)量成反比：保持桶內(nèi)沙子質(zhì)量保持桶內(nèi)沙子質(zhì)量m不變，在盒子內(nèi)添加或去掉一些沙子，不變，在盒子內(nèi)添加或去掉一些沙子，驗證加速度與質(zhì)量的關(guān)系本次實驗中，桶內(nèi)的沙子總質(zhì)驗證加速度與質(zhì)量的關(guān)系本次實驗中，桶內(nèi)的沙子總質(zhì)量不變，故系統(tǒng)所受的合外力不變量不變，故系統(tǒng)所受的合外力不變 用圖象法處理數(shù)據(jù)時，以加速度用圖象法處理數(shù)據(jù)時，以加速度a為縱軸，應(yīng)該以為縱軸，應(yīng)該以_倒數(shù)為橫軸倒數(shù)為橫軸 解析：解析：(1)將車內(nèi)的沙子轉(zhuǎn)移到桶中，就

19、保證了將車內(nèi)的沙子轉(zhuǎn)移到桶中，就保證了Mm不變，即不變，即系統(tǒng)的總質(zhì)量不變，系統(tǒng)的總質(zhì)量不變， 研究對象是整個系統(tǒng)，研究對象是整個系統(tǒng)，a ，可見，可見aF圖象斜圖象斜率的物理意義是率的物理意義是 ， 系統(tǒng)的合外力就等于所懸掛沙桶的重力系統(tǒng)的合外力就等于所懸掛沙桶的重力mg，不必滿足，不必滿足Mm這這樣的條件樣的條件 (2)向小車內(nèi)添加或去掉部分沙子，是改變系統(tǒng)的總質(zhì)量向小車內(nèi)添加或去掉部分沙子，是改變系統(tǒng)的總質(zhì)量Mm，而系統(tǒng)的合外力仍而系統(tǒng)的合外力仍 等于所懸掛沙桶的重力等于所懸掛沙桶的重力mg，保證了合外力不變，保證了合外力不變 答案：答案：(1) 合理合理否否因為實驗的研究對象是整因為實驗的研究對象是整個系統(tǒng)，系統(tǒng)受到的個系統(tǒng)，系統(tǒng)受到的 合外力就等于合外力就等于mg(2)Mm