高考物理創(chuàng)新案例(人教版)實(shí)驗(yàn)四 驗(yàn)證牛頓第二定律ppt

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,歡迎進(jìn)入物理課堂,一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．學(xué)會用控制變量法研究物理規(guī)律．2．探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系．3．掌握靈活運(yùn)用圖象處理問題的方法．,二、實(shí)驗(yàn)原理控制變量法：在所研究的問題中，有兩個以上的參量在發(fā)生牽連變化時，可以控制某個或某些量不變，只研究其中兩個量之間的變化關(guān)系的方法，這也是物理學(xué)中研究問題時經(jīng)常采用的方法．本實(shí)驗(yàn)中，研究的參量為F、m和a，可以控制參量m一定，研究a與F的關(guān)系，也可控制參量F一定，研究a與m的關(guān)系．,三、實(shí)驗(yàn)器材電磁打點(diǎn)計時器、復(fù)寫紙片和紙帶、一端有定滑輪的長木板、小車、小盤、低壓交流電源、天平、砝碼、刻度尺、導(dǎo)線．,四、實(shí)驗(yàn)操作1．實(shí)驗(yàn)步驟(如圖實(shí)－4－1),(1)用天平測量小盤的質(zhì)量m0和小車的質(zhì)量M0.(2)把一端附有滑輪的長木板放在實(shí)驗(yàn)桌上，并使滑輪伸出桌面，把打點(diǎn)計時器固定在長木板上遠(yuǎn)離滑輪的一端，連接好電路．(3)平衡摩擦力：小車的尾部掛上紙帶，紙帶穿過打點(diǎn)計時器的限位孔，將木板無滑輪的一端稍微墊高一些，使小車在不掛小盤和砝碼的情況下，能沿木板做勻速直線運(yùn)動．這樣小車所受重力沿木板的分力與小車所受摩擦力平衡．在保證小盤和砝碼的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車,質(zhì)量的條件下，可以近似認(rèn)為小盤和砝碼的總重力大小等于小車所受的合外力的大小．(4)把小車停在打點(diǎn)計時器處，掛上小盤和砝碼，先接通電源，再讓小車拖著紙帶在木板上勻加速下滑，打出一條紙帶．(5)改變小盤內(nèi)砝碼的個數(shù)，重復(fù)步驟4，并多做幾次．(6)保持小盤內(nèi)的砝碼個數(shù)不變，在小車上放上砝碼改變小車的質(zhì)量，讓小車在木板上滑動打出紙帶．(7)改變小車上砝碼的個數(shù)，重復(fù)步驟6.,2．?dāng)?shù)據(jù)處理(1)計算保持小車質(zhì)量不變時，各次小盤和砝碼的重力(作為小車的合力)及對應(yīng)紙帶的加速度填入表(一)中．表(一),(2)計算保持小盤內(nèi)的砝碼個數(shù)不變時，各次小車和砝碼的總質(zhì)量及對應(yīng)紙帶的加速度，填入表(二)中．表(二),五、注意事項1．在實(shí)驗(yàn)中，小車所受的摩擦力是造成系統(tǒng)誤差的一個重要因素．減小這種誤差的方法是在長木板的一端墊上小木塊，使其適當(dāng)傾斜，利用小車重力沿斜面方向的分力平衡摩擦力．2．判斷小車是否做勻速直線運(yùn)動，一般可目測，必要時可以打一條紙帶，看上面各點(diǎn)間的距離是否相等．,3．在本實(shí)驗(yàn)中，由于兩顆小車輪子的靈活程度可能不相同，所受的摩擦力也可能不相等，平衡摩擦力就有困難．應(yīng)該盡可能選取光滑的長木板進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以減小因摩擦而造成的系統(tǒng)誤差．4．安裝器材時，要調(diào)整滑輪的高度，使拴小車的細(xì)繩與斜面平行，且連接小車和砝碼盤應(yīng)在平衡摩擦力之后．,7．改變小車的質(zhì)量或拉力的大小時，改變量應(yīng)盡可能大一些，但應(yīng)滿足砝碼盤和盤內(nèi)砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車和車上砝碼的總質(zhì)量．一般來說，砝碼盤和盤內(nèi)砝碼的總質(zhì)量不超過小車和車上砝碼總質(zhì)量的10%.8．稱量物體的質(zhì)量時，應(yīng)遵守天平的操作規(guī)則．,六、誤差分析1．摩擦力平衡不準(zhǔn)確、質(zhì)量測量不準(zhǔn)確、計數(shù)點(diǎn)間距測量不準(zhǔn)確、紙帶和細(xì)繩不嚴(yán)格與木板平行都會引起誤差．2．因?qū)嶒?yàn)原理不完善造成誤差，本實(shí)驗(yàn)中用小盤和盤中砝碼的總重力代替小車受到的拉力(實(shí)際上小車受到的拉力要小于小盤和盤中砝碼的總重力)，存在系統(tǒng)誤差．,[例1]在“驗(yàn)證牛頓運(yùn)動定律”的實(shí)驗(yàn)中，按實(shí)驗(yàn)要求安裝好器材后，應(yīng)按一定步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，下述操作步驟的安排順序不盡合理，請將合理的順序填寫在下面的橫線上：____________________(填字母代號)．A．保持重物的質(zhì)量不變，在小車?yán)锛禹来a，測出加速度，重復(fù)幾次B．保持小車質(zhì)量不變，改變重物的質(zhì)量，測出加速度，重復(fù)幾次C．用天平測出小車和重物的質(zhì)量,解析：利用控制變量法和逐差法分析紙帶求加速度，最后處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，合理的操作順序應(yīng)為DCEABF或DCEBAF.,答案：見解析,[例2](2011成都模擬)某實(shí)驗(yàn)小組利用如圖實(shí)－4－2所示的實(shí)驗(yàn)裝置來探究當(dāng)合外力一定時，物體運(yùn)動的加速度與其質(zhì)量之間的關(guān)系．(),(1)由圖中刻度尺讀出兩個光電門中心之間的距離x＝24cm，由圖實(shí)－4－3中游標(biāo)卡尺測得遮光條的寬度d＝________cm.該實(shí)驗(yàn)小組在做實(shí)驗(yàn)時，將滑塊從圖實(shí)－4－2所示位置由靜止釋放，由數(shù)字計時器可以讀出遮光條通過光電門1的時間Δt1，遮光條通過光電門2的時間Δt2，則滑塊經(jīng)過光電門1時的瞬時速度的表達(dá)式v1＝________，滑塊經(jīng)過光電門2時的瞬時速度的表達(dá)式v2＝________，則滑塊的加速度的表達(dá)式a＝________.(以上表達(dá)式均用字母表示),(2)在本次實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)小組通過改變滑塊質(zhì)量總共做了6組實(shí)驗(yàn)，得到如表所示的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)．通過分析表中數(shù)據(jù)后，你得出的結(jié)論是__________________.,(3)現(xiàn)需通過圖象進(jìn)一步驗(yàn)證你的結(jié)論，請利用表格數(shù)據(jù)，在圖實(shí)－4－4坐標(biāo)系中描點(diǎn)作出相應(yīng)圖象．,(2)在合外力不變的情況下，在誤差允許的范圍內(nèi)，物體運(yùn)動的加速度跟物體的質(zhì)量成反比．(3)如圖實(shí)－4－5所示,1．關(guān)于“驗(yàn)證牛頓運(yùn)動定律”的實(shí)驗(yàn)，下列說法中符合實(shí)際的是()A．通過同時改變小車的質(zhì)量m及受到的拉力F的研究，能歸納出加速度、力、質(zhì)量三者之間的關(guān)系B．通過保持小車質(zhì)量不變，只改變小車的拉力的研究，就可以歸納出加速度、力、質(zhì)量三者之間的關(guān)系,C．通過保持小車受力不變，只改變小車質(zhì)量的研究，就可以得出加速度、力、質(zhì)量三者之間的關(guān)系D．先不改變小車質(zhì)量，研究加速度與力的關(guān)系；再不改變受力，研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系，最后歸納出加速度、力、質(zhì)量三者之間的關(guān)系,解析：驗(yàn)證牛頓運(yùn)動定律的實(shí)驗(yàn)，是利用控制變量法，探究加速度a與合外力F、物體質(zhì)量m的關(guān)系，故D項正確．,答案：D,2．(2011宿州模擬)如圖實(shí)－4－6所示，在探究牛頓運(yùn)動定律的演示實(shí)驗(yàn)中，若1、2兩個相同的小車所受拉力分別為F1、F2，車中所放砝碼的質(zhì)量分別為m1、m2，打開夾子后經(jīng)過相同的時間兩車的位移分別為x1、x2，則在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，有(),A．當(dāng)m1＝m2、F1＝F2時，x1＝2x2B．當(dāng)m1＝m2、F1＝2F2時，x2＝2x1C．當(dāng)m1＝2m2、F1＝F2時，x1＝2x2D．當(dāng)m1＝2m2、F1＝F2時，x2＝2x1,答案：D,3．如圖實(shí)－4－7(甲)所示為實(shí)驗(yàn)中用打點(diǎn)計時器打出的一條較理想的紙帶，紙帶上A、B、C、D、E、F、G為七個相鄰的計數(shù)點(diǎn)，相鄰計數(shù)點(diǎn)間的時間間隔是0.1s，距離如圖，單位是cm，小車的加速度是________m/s2.在驗(yàn)證質(zhì)量一定時，加速度a和合外力F的關(guān)系時，某學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出了如圖(乙)所示的a－F圖象，該圖線不過原點(diǎn)，其原因是______________________________________________________________________________.,答案：1.59平衡摩擦力過度,4．如圖實(shí)－4－8為“用DIS(位移傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計算機(jī))研究加速度與力的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置．,(1)在該實(shí)驗(yàn)中必須采用控制變量法，應(yīng)保持________不變，用鉤碼所受的重力作為________，用DIS測小車的加速度．(2)改變所掛鉤碼的數(shù)量，多次重復(fù)測量．在某次實(shí)驗(yàn)中根據(jù)測得的多組數(shù)據(jù)可畫出a－F關(guān)系圖線(如圖實(shí)－4－9所示)．①分析此圖線的OA段可得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)論是_______________________________________________________________.,②(單選題)此圖線的AB段明顯偏離直線，造成此誤差的主要原因是.A．小車與軌道之間存在摩擦B．導(dǎo)軌保持了水平狀態(tài)C．所掛鉤碼的總質(zhì)量太大D．所用小車的質(zhì)量太大,答案：(1)小車的總質(zhì)量(或：小車的質(zhì)量)小車所受外力(或：外力、合外力)(2)①在質(zhì)量不變的條件下，加速度與合外力成正比②C,5．在驗(yàn)證牛頓第二定律的實(shí)驗(yàn)中，采用如圖實(shí)－4－10所示的實(shí)驗(yàn)裝置，小車及車中砝碼的質(zhì)量用M表示，盤及盤中砝碼的質(zhì)量用m表示，小車的加速度可由小車后拖動的紙帶由打點(diǎn)計時器打上的點(diǎn)計算出．(1)當(dāng)M與m的大小關(guān)系滿足________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．,(2)一同學(xué)在做加速度與質(zhì)量的關(guān)系實(shí)驗(yàn)時，保持盤及盤中砝碼的質(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，采用圖象法處理數(shù)據(jù)．為了比較容易地確定出加速度a與質(zhì)量M的關(guān)系，應(yīng)該作a與________的圖象．(3)如圖實(shí)－4－11(a)所示為甲同學(xué)根據(jù)測量數(shù)據(jù)作出的a－F圖線，說明實(shí)驗(yàn)存在的問題是______________________．,(4)乙、丙同學(xué)用同一裝置做實(shí)驗(yàn)，畫出了各自得到的a－F圖線如圖實(shí)－4－11(b)所示，兩個同學(xué)做實(shí)驗(yàn)時的哪一個物理量取值不同？________________________________________________________________________.,(4)乙、丙同學(xué)用同一裝置做實(shí)驗(yàn)，畫出了各自得到的a－F圖線，兩圖象的斜率不同，說明兩個同學(xué)做實(shí)驗(yàn)時的小車及車上砝碼的總質(zhì)量不同．,答案：(1)M?m(2)1/M(3)沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不夠(4)小車及車上的砝碼的總質(zhì)量不同,6．(2010江蘇高考)為了探究受到空氣阻力時，物體運(yùn)動速度隨時間的變化規(guī)律，某同學(xué)采用了“加速度與物體質(zhì)量、物體受力關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置(如圖實(shí)－4－12所示)．實(shí)驗(yàn)時，平衡小車與木板之間的摩擦力后，在小車上安裝一薄板，以增大空氣對小車運(yùn)動的阻力．,(1)往砝碼盤中加入一小砝碼，在釋放小車________(選填“之前”或“之后”)接通打點(diǎn)計時器的電源，在紙帶上打出一系列的點(diǎn)．(2)從紙帶上選取若干計數(shù)點(diǎn)進(jìn)行測量，得出各計數(shù)點(diǎn)的時間t與速度v的數(shù)據(jù)如下表：,請根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出小車的v－t圖象．,(3)通過對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，該同學(xué)認(rèn)為：隨著運(yùn)動速度的增加，小車所受的空氣阻力將變大．你是否同意他的觀點(diǎn)？請根據(jù)v－t圖象簡要闡述理由．,解析：本題主要考查基本儀器的使用和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理，意在考查考生的探究能力和運(yùn)用圖象法處理數(shù)據(jù)的能力．(1)打點(diǎn)計時器的使用是先接通電源，再松開紙帶，所以應(yīng)在釋放小車之前接通打點(diǎn)計時器．(2)根據(jù)t軸上的比例標(biāo)度取每一大格為0.5s；根據(jù)速度v的數(shù)據(jù)，v軸上的比例標(biāo)度取每一大格為0.05m/s；然后描點(diǎn)、光滑連線，得到一條斜率越來越小的曲線．(3)因?yàn)樾甭时硎拘≤嚰铀俣鹊拇笮?，斜率越來越小，說明小車的加速度越來越小，根據(jù)牛頓第二定律得出小車所受的阻力越來越大，因此同意該同學(xué)的觀點(diǎn)．,答案：(1)之前(2)如圖所示,(3)同意．在v－t圖象中，速度越大時，加速度越小，小車受到的合力越小，則小車受空氣阻力越大．,同學(xué)們,來學(xué)校和回家的路上要注意安全,同學(xué)們,來學(xué)校和回家的路上要注意安全,