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1、第三章实验四验证牛顿运动定律第1页，共43页，编辑于2022年，星期二实验四实验四验证牛验证牛顿运动顿运动定律定律实验理论指导实验理论指导考情案例导析考情案例导析智能演练提升智能演练提升第2页，共43页，编辑于2022年，星期二第3页，共43页，编辑于2022年，星期二(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)验证牛顿第二定律。验证牛顿第二定律。(3)掌握利用图像处理数据的方法。掌握利用图像处理数据的方法。第4页，共43页，编辑于2022年，星期二 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，应用的基本方法是的关系时，应用的基本方法是控制变量法，即先控
2、制一个参量控制变量法，即先控制一个参量小车的质量小车的质量m不变，讨论不变，讨论加速度加速度a与力与力F的关系，再控制小盘和砝码的质量不变，即力的关系，再控制小盘和砝码的质量不变，即力F不变，改变小车质量不变，改变小车质量m，讨论加速度，讨论加速度a与与m的关系。的关系。第5页，共43页，编辑于2022年，星期二 电磁打点计时器、复写纸片和纸带、一端带有定滑轮的电磁打点计时器、复写纸片和纸带、一端带有定滑轮的长木板、小车、小盘、低压交流电源、天平、砝码、刻度尺、长木板、小车、小盘、低压交流电源、天平、砝码、刻度尺、导线。导线。第6页，共43页，编辑于2022年，星期二图实图实41第7页，共43
3、页，编辑于2022年，星期二(1)用天平测量小盘的质量用天平测量小盘的质量m0和小车的质量和小车的质量M0。(2)把一端附有滑轮的长木板放在实验桌上，并使滑轮伸出把一端附有滑轮的长木板放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面，把打点计时器固定在长木板上远离滑轮的一端，连接好桌面，把打点计时器固定在长木板上远离滑轮的一端，连接好电路。电路。第8页，共43页，编辑于2022年，星期二(3)平衡摩擦力：小车的尾部挂上纸带，纸带穿过打点计时平衡摩擦力：小车的尾部挂上纸带，纸带穿过打点计时器的限位孔，将木板无滑轮的一端稍微垫高一些，使小车在不器的限位孔，将木板无滑轮的一端稍微垫高一些，使小车在不挂小盘和砝码的情况
4、下，能沿木板做匀速直线运动。这样小车挂小盘和砝码的情况下，能沿木板做匀速直线运动。这样小车所受重力沿木板的分力与小车所受摩擦力平衡。在保证小盘和所受重力沿木板的分力与小车所受摩擦力平衡。在保证小盘和砝码的质量远小于小车质量的条件下，可以近似认为小盘和砝砝码的质量远小于小车质量的条件下，可以近似认为小盘和砝码的总重力大小等于小车所受的合外力的大小。码的总重力大小等于小车所受的合外力的大小。第9页，共43页，编辑于2022年，星期二(4)把小车停在打点计时器处，挂上小盘和砝码，先接通电把小车停在打点计时器处，挂上小盘和砝码，先接通电源，再让小车拖着纸带在木板上匀加速下滑，打出一条纸带。源，再让小车
5、拖着纸带在木板上匀加速下滑，打出一条纸带。(5)改变小盘内砝码的个数，重复步骤改变小盘内砝码的个数，重复步骤(4)，并多做几次。，并多做几次。(6)保持小盘内的砝码个数不变，在小车上放上砝码改变小保持小盘内的砝码个数不变，在小车上放上砝码改变小车的质量，让小车在木板上滑动打出纸带。车的质量，让小车在木板上滑动打出纸带。(7)改变小车上砝码的个数，重复步骤改变小车上砝码的个数，重复步骤(6)。第10页，共43页，编辑于2022年，星期二(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/N12
6、34第11页，共43页，编辑于2022年，星期二由以上数据画出它的由以上数据画出它的aF关系图像如图实关系图像如图实42所示。所示。通过通过aF关系图像，我们可以得出小车的加速度关系图像，我们可以得出小车的加速度a与力与力F成正成正比。比。图实图实42第12页，共43页，编辑于2022年，星期二(2)把不同质量的小车在相同力作用下产生的加速度填在下把不同质量的小车在相同力作用下产生的加速度填在下 表中：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第13页，共43页，编辑于2022年，星期二第14页，共43页，编辑于2022年，星期二(1)平衡摩擦力时，调节长
7、木板形成一个合适的斜面，使小平衡摩擦力时，调节长木板形成一个合适的斜面，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。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，并要让小车拖着纸带运动。不要给小车加任何牵引力，并要让小车拖着纸带运动。第15页，共43页，编辑于2022年，星期二(2)在本实验中，由于两个小车轮子的灵活程度可能不相同，在本实验中，由于两个小车轮子的灵活程度可能不相同，所受的摩擦力也可能不相等，平衡摩擦力就有困难。应所受的摩擦力也可能不相等，
8、平衡摩擦力就有困难。应 该尽可能选取光滑的长木板进行实验，以减小因摩擦而该尽可能选取光滑的长木板进行实验，以减小因摩擦而 造成的系统误差。造成的系统误差。(3)安装器材时，要调整滑轮的高度，使拴小车的细绳与斜安装器材时，要调整滑轮的高度，使拴小车的细绳与斜 面平行，且连接小车和砝码盘应在平衡摩擦力之后。面平行，且连接小车和砝码盘应在平衡摩擦力之后。第16页，共43页，编辑于2022年，星期二(4)整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变重物质量，整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变重物质量，还是改变小车和砝码的总质量，都不需要重新平衡摩还是改变小车和砝码的总质量，都不需要重新平衡摩 擦力。擦力
9、。(5)每条纸带必须在满足小车与车上所加砝码的总质量远大每条纸带必须在满足小车与车上所加砝码的总质量远大 于重物质量的条件下打出。只有如此，重物重力才可视于重物质量的条件下打出。只有如此，重物重力才可视 为小车受到的拉力。为小车受到的拉力。第17页，共43页，编辑于2022年，星期二(6)改变拉力和小车质量后，每次开始时小车应尽量靠近打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，并应先接通电源，再放开小车，且应在小车点计时器，并应先接通电源，再放开小车，且应在小车 到达滑轮前按住小车。到达滑轮前按住小车。(7)作图像时，要使尽可能多的点在所作直线上，不在直线作图像时，要使尽可能
10、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所作直线两侧。上的点应尽可能对称分布在所作直线两侧。第18页，共43页，编辑于2022年，星期二(8)作图时两轴标度比例要选择适当。各量须采用国际单位。作图时两轴标度比例要选择适当。各量须采用国际单位。这样作图线时，坐标点间距不至于过密，误差会小些。这样作图线时，坐标点间距不至于过密，误差会小些。(9)为提高测量精度，可以采取下列措施：为提高测量精度，可以采取下列措施：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一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一个起点。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，
11、每可以把每打五次点的时间作为时间单位，即从开始点起，每隔四个点标出一个计数点，而相邻计数点间的时间间隔为隔四个点标出一个计数点，而相邻计数点间的时间间隔为T0.1秒。秒。第19页，共43页，编辑于2022年，星期二第20页，共43页，编辑于2022年，星期二本实验用小盘和砝码的总重力本实验用小盘和砝码的总重力mg代替小车的拉力，而实际上小车代替小车的拉力，而实际上小车所受的拉力要小于小盘和砝码的总重力。小盘和砝码的总质量越接所受的拉力要小于小盘和砝码的总重力。小盘和砝码的总质量越接近于小车的质量，误差越大；反之，小盘和砝码的总质量越小于小近于小车的质量，误差越大；反之，小盘和砝码的总质量越小于
12、小车的质量，由此引起的误差就越小。因此，满足小盘和砝码的总质车的质量，由此引起的误差就越小。因此，满足小盘和砝码的总质量远小于小车的质量的目的就是为了减小因实验原理不完善而引起量远小于小车的质量的目的就是为了减小因实验原理不完善而引起的误差。的误差。第21页，共43页，编辑于2022年，星期二2偶然误差偶然误差摩擦力平衡不准确、质量测量不准确、计数点间距测量不准摩擦力平衡不准确、质量测量不准确、计数点间距测量不准确、纸带和细绳不严格与木板平行都会引起误差。确、纸带和细绳不严格与木板平行都会引起误差。第22页，共43页，编辑于2022年，星期二第23页，共43页，编辑于2022年，星期二例例1某
13、实验小组利用如图实某实验小组利用如图实44甲所示的实验装置探究甲所示的实验装置探究“物体质量一定时，物体运动的加速度与其合外力之间的关系物体质量一定时，物体运动的加速度与其合外力之间的关系”。实验中钩码重力大小与物体所受合外力大小视为相等。实验中钩码重力大小与物体所受合外力大小视为相等。第24页，共43页，编辑于2022年，星期二图实图实44第25页，共43页，编辑于2022年，星期二(1)如图乙所示，由如图乙所示，由20分度的游标卡尺测得遮光条的宽度分度的游标卡尺测得遮光条的宽度d_ cm。(2)实验中可选择的钩码有实验中可选择的钩码有2个，它们的质量分别为个，它们的质量分别为m1和和m2，
14、且，且m1m2，你认为实验中选择，你认为实验中选择_(选填选填m1或或m2)较合适。较合适。(3)实验中可选择的遮光条有实验中可选择的遮光条有2个，它们的宽度分别为个，它们的宽度分别为d1和和d2，且，且d1d2，你认为实验中选择，你认为实验中选择_(选填选填d1或或d2)较合适。较合适。第26页，共43页，编辑于2022年，星期二(4)该实验小组在该实验小组在aF坐标系中，画出了如图丙所示的三条曲线。坐标系中，画出了如图丙所示的三条曲线。你认为符合事实的曲线是你认为符合事实的曲线是_(从从三条曲线中选出一条，三条曲线中选出一条，填序号填序号)。曲线未过坐标原点的原因可能是。曲线未过坐标原点的
15、原因可能是_。第27页，共43页，编辑于2022年，星期二解析解析(1)20分度游标卡尺的读数：游标尺上的第四条刻线与上分度游标卡尺的读数：游标尺上的第四条刻线与上面刻线对齐，则面刻线对齐，则d10 mm40.05 mm10.20 mm1.020 cm。(2)本实验的条件是：本实验的条件是：Mm，本实验选择的钩码质量越小越好，故，本实验选择的钩码质量越小越好，故应选应选m2。(3)d越小，所求的经过遮光条的平均速度越接近瞬时速度，故应越小，所求的经过遮光条的平均速度越接近瞬时速度，故应选选d2。第28页，共43页，编辑于2022年，星期二第29页，共43页，编辑于2022年，星期二从图像看，有
16、一定拉力时加速度为零，造成的原因可能是气垫从图像看，有一定拉力时加速度为零，造成的原因可能是气垫导轨的滑轮端偏高，气垫导轨不水平或滑块受到空气阻力，绳导轨的滑轮端偏高，气垫导轨不水平或滑块受到空气阻力，绳与滑轮间存在较大的摩擦力等。与滑轮间存在较大的摩擦力等。答案答案(1)1.020(2)m2(3)d2(4)气垫导轨没有调水平气垫导轨没有调水平(或滑块受到空气阻力、绳与滑轮间的摩擦力或滑块受到空气阻力、绳与滑轮间的摩擦力)第30页，共43页，编辑于2022年，星期二例例2某同学设计了一个探究加速度某同学设计了一个探究加速度a与物体所受合力与物体所受合力F及质量及质量m关系的实验，图实关系的实验
17、，图实45甲所示为实验装置简图。甲所示为实验装置简图。(交流电的频交流电的频率为率为50 Hz)图实图实45第31页，共43页，编辑于2022年，星期二第32页，共43页，编辑于2022年，星期二第33页，共43页，编辑于2022年，星期二图实图实46第34页，共43页，编辑于2022年，星期二第35页，共43页，编辑于2022年，星期二第36页，共43页，编辑于2022年，星期二例例3(2011重庆高考重庆高考)某同学设计了如图实某同学设计了如图实47所示的装置，所示的装置，利用米尺、秒表、轻绳、轻滑轮、轨道、滑块、托盘和砝码等利用米尺、秒表、轻绳、轻滑轮、轨道、滑块、托盘和砝码等器材来测定
18、滑块和轨道间的动摩擦因数器材来测定滑块和轨道间的动摩擦因数。滑块和托盘上分别放。滑块和托盘上分别放有若干砝码，滑块质量为有若干砝码，滑块质量为M，滑块上砝码总质量为，滑块上砝码总质量为m，托盘和盘，托盘和盘中砝码的总质量为中砝码的总质量为m。实验中，滑块在水平轨道上从。实验中，滑块在水平轨道上从A到到B做初速为做初速为零的匀加速直线运动，重力加速度零的匀加速直线运动，重力加速度g取取10 m/s2。第37页，共43页，编辑于2022年，星期二图实图实47(1)为测量滑块的加速度为测量滑块的加速度a，须测出它在，须测出它在A、B间运动的间运动的_与与_，计算，计算a的运动学公式是的运动学公式是_；第38页，共43页，编辑于2022年，星期二第39页，共43页，编辑于2022年，星期二图实图实48第40页，共43页，编辑于2022年，星期二第41页，共43页，编辑于2022年，星期二第42页，共43页，编辑于2022年，星期二点击此图片进入点击此图片进入“智能演练提升智能演练提升”第43页，共43页，编辑于2022年，星期二