第三章實(shí)驗(yàn)四驗(yàn)證牛頓運(yùn)動(dòng)定律

第三章實(shí)驗(yàn)四驗(yàn)證牛頓運(yùn)動(dòng)定律第1頁(yè)，共43頁(yè)，2023年，2月20日，星期三實(shí)驗(yàn)四驗(yàn)證牛頓運(yùn)動(dòng)定律實(shí)驗(yàn)理論指導(dǎo)考情案例導(dǎo)析智能演練提升第2頁(yè)，共43頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第3頁(yè)，共43頁(yè)，2023年，2月20日，星期三(1)學(xué)會(huì)用控制變量法研究物理規(guī)律。(2)驗(yàn)證牛頓第二定律。(3)掌握利用圖像處理數(shù)據(jù)的方法。第4頁(yè)，共43頁(yè)，2023年，2月20日，星期三探究加速度a與力F及質(zhì)量m的關(guān)系時(shí)，應(yīng)用的基本方法是控制變量法，即先控制一個(gè)參量——小車的質(zhì)量m不變，討論加速度a與力F的關(guān)系，再控制小盤和砝碼的質(zhì)量不變，即力F不變，改變小車質(zhì)量m，討論加速度a與m的關(guān)系。第5頁(yè)，共43頁(yè)，2023年，2月20日，星期三電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、復(fù)寫紙片和紙帶、一端帶有定滑輪的長(zhǎng)木板、小車、小盤、低壓交流電源、天平、砝碼、刻度尺、導(dǎo)線。第6頁(yè)，共43頁(yè)，2023年，2月20日，星期三圖實(shí)－4－1第7頁(yè)，共43頁(yè)，2023年，2月20日，星期三(1)用天平測(cè)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(zhǎng)木板放在實(shí)驗(yàn)桌上，并使滑輪伸出桌面，把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長(zhǎng)木板上遠(yuǎn)離滑輪的一端，連接好電路。第8頁(yè)，共43頁(yè)，2023年，2月20日，星期三(3)平衡摩擦力：小車的尾部掛上紙帶，紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(dòng)。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。第9頁(yè)，共43頁(yè)，2023年，2月20日，星期三(4)把小車停在打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(gè)數(shù)，重復(fù)步驟(4)，并多做幾次。(6)保持小盤內(nèi)的砝碼個(gè)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(dòng)打出紙帶。(7)改變小車上砝碼的個(gè)數(shù)，重復(fù)步驟(6)。第10頁(yè)，共43頁(yè)，2023年，2月20日，星期三(1)把小車在不同力作用下產(chǎn)生的加速度填在下表中：實(shí)驗(yàn)次數(shù)加速度a/(m·s－2)小車受力F/N1234第11頁(yè)，共43頁(yè)，2023年，2月20日，星期三由以上數(shù)據(jù)畫出它的a－F關(guān)系圖像如圖實(shí)－4－2所示。通過a－F關(guān)系圖像，我們可以得出小車的加速度a與力F成正比。圖實(shí)－4－2第12頁(yè)，共43頁(yè)，2023年，2月20日，星期三(2)把不同質(zhì)量的小車在相同力作用下產(chǎn)生的加速度填在下

表中：實(shí)驗(yàn)次數(shù)加速度a/(m·s－2)小車質(zhì)量M/kg1234第13頁(yè)，共43頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第14頁(yè)，共43頁(yè)，2023年，2月20日，星期三(1)平衡摩擦力時(shí)，調(diào)節(jié)長(zhǎng)木板形成一個(gè)合適的斜面，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。在平衡摩擦力時(shí)，不要把懸掛小盤的細(xì)線系在小車上，即不要給小車加任何牽引力，并要讓小車拖著紙帶運(yùn)動(dòng)。第15頁(yè)，共43頁(yè)，2023年，2月20日，星期三(2)在本實(shí)驗(yàn)中，由于兩個(gè)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(zhǎng)木板進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以減小因摩擦而

造成的系統(tǒng)誤差。(3)安裝器材時(shí)，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。第16頁(yè)，共43頁(yè)，2023年，2月20日，星期三(4)整個(gè)實(shí)驗(yàn)平衡了摩擦力后，不管以后是改變重物質(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。(5)每條紙帶必須在滿足小車與車上所加砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)大

于重物質(zhì)量的條件下打出。只有如此，重物重力才可視

為小車受到的拉力。第17頁(yè)，共43頁(yè)，2023年，2月20日，星期三(6)改變拉力和小車質(zhì)量后，每次開始時(shí)小車應(yīng)盡量靠近打

點(diǎn)計(jì)時(shí)器，并應(yīng)先接通電源，再放開小車，且應(yīng)在小車

到達(dá)滑輪前按住小車。(7)作圖像時(shí)，要使盡可能多的點(diǎn)在所作直線上，不在直線

上的點(diǎn)應(yīng)盡可能對(duì)稱分布在所作直線兩側(cè)。第18頁(yè)，共43頁(yè)，2023年，2月20日，星期三(8)作圖時(shí)兩軸標(biāo)度比例要選擇適當(dāng)。各量須采用國(guó)際單位。

這樣作圖線時(shí)，坐標(biāo)點(diǎn)間距不至于過密，誤差會(huì)小些。(9)為提高測(cè)量精度，可以采取下列措施：①應(yīng)舍掉紙帶上開頭比較密集的點(diǎn)，在后邊便于測(cè)量的地方找一個(gè)起點(diǎn)。②可以把每打五次點(diǎn)的時(shí)間作為時(shí)間單位，即從開始點(diǎn)起，每隔四個(gè)點(diǎn)標(biāo)出一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，而相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為T＝0.1秒。第19頁(yè)，共43頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第20頁(yè)，共43頁(yè)，2023年，2月20日，星期三本實(shí)驗(yàn)用小盤和砝碼的總重力mg代替小車的拉力，而實(shí)際上小車所受的拉力要小于小盤和砝碼的總重力。小盤和砝碼的總質(zhì)量越接近于小車的質(zhì)量，誤差越大；反之，小盤和砝碼的總質(zhì)量越小于小車的質(zhì)量，由此引起的誤差就越小。因此，滿足小盤和砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量的目的就是為了減小因?qū)嶒?yàn)原理不完善而引起的誤差。第21頁(yè)，共43頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2．偶然誤差摩擦力平衡不準(zhǔn)確、質(zhì)量測(cè)量不準(zhǔn)確、計(jì)數(shù)點(diǎn)間距測(cè)量不準(zhǔn)確、紙帶和細(xì)繩不嚴(yán)格與木板平行都會(huì)引起誤差。第22頁(yè)，共43頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第23頁(yè)，共43頁(yè)，2023年，2月20日，星期三[例1]某實(shí)驗(yàn)小組利用如圖實(shí)－4－4甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置探究“物體質(zhì)量一定時(shí)，物體運(yùn)動(dòng)的加速度與其合外力之間的關(guān)系”。實(shí)驗(yàn)中鉤碼重力大小與物體所受合外力大小視為相等。第24頁(yè)，共43頁(yè)，2023年，2月20日，星期三圖實(shí)－4－4第25頁(yè)，共43頁(yè)，2023年，2月20日，星期三(1)如圖乙所示，由20分度的游標(biāo)卡尺測(cè)得遮光條的寬度d＝________cm。(2)實(shí)驗(yàn)中可選擇的鉤碼有2個(gè)，它們的質(zhì)量分別為m1和m2，且m1>m2，你認(rèn)為實(shí)驗(yàn)中選擇________(選填m1或m2)較合適。(3)實(shí)驗(yàn)中可選擇的遮光條有2個(gè)，它們的寬度分別為d1和d2，且d1>d2，你認(rèn)為實(shí)驗(yàn)中選擇________(選填d1或d2)較合適。第26頁(yè)，共43頁(yè)，2023年，2月20日，星期三(4)該實(shí)驗(yàn)小組在a－F坐標(biāo)系中，畫出了如圖丙所示的三條曲線。你認(rèn)為符合事實(shí)的曲線是________(從①②③三條曲線中選出一條，填序號(hào))。曲線未過坐標(biāo)原點(diǎn)的原因可能是________________________。第27頁(yè)，共43頁(yè)，2023年，2月20日，星期三[解析]

(1)20分度游標(biāo)卡尺的讀數(shù)：游標(biāo)尺上的第四條刻線與上面刻線對(duì)齊，則d＝10mm＋4×0.05mm＝10.20mm＝1.020cm。(2)本實(shí)驗(yàn)的條件是：M?m，本實(shí)驗(yàn)選擇的鉤碼質(zhì)量越小越好，故應(yīng)選m2。(3)d越小，所求的經(jīng)過遮光條的平均速度越接近瞬時(shí)速度，故應(yīng)選d2。第28頁(yè)，共43頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第29頁(yè)，共43頁(yè)，2023年，2月20日，星期三從圖像看，有一定拉力時(shí)加速度為零，造成的原因可能是氣墊導(dǎo)軌的滑輪端偏高，氣墊導(dǎo)軌不水平或滑塊受到空氣阻力，繩與滑輪間存在較大的摩擦力等。[答案]

(1)1.020

(2)m2

(3)d2

(4)③氣墊導(dǎo)軌沒有調(diào)水平(或滑塊受到空氣阻力、繩與滑輪間的摩擦力)第30頁(yè)，共43頁(yè)，2023年，2月20日，星期三[例2]

某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)探究加速度a與物體所受合力F及質(zhì)量m關(guān)系的實(shí)驗(yàn)，圖實(shí)－4－5甲所示為實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖。(交流電的頻率為50Hz)圖實(shí)－4－5第31頁(yè)，共43頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第32頁(yè)，共43頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第33頁(yè)，共43頁(yè)，2023年，2月20日，星期三圖實(shí)－4－6第34頁(yè)，共43頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第35頁(yè)，共43頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第36頁(yè)，共43頁(yè)，2023年，2月20日，星期三[例3]

(2011·重慶高考)某同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖實(shí)－4－7所示的裝置，利用米尺、秒表、輕繩、輕滑輪、軌道、滑塊、托盤和砝碼等器材來測(cè)定滑塊和軌道間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ。滑塊和托盤上分別放有若干砝碼，滑塊質(zhì)量為M，滑塊上砝碼總質(zhì)量為m′，托盤和盤中砝碼的總質(zhì)量為m。實(shí)驗(yàn)中，滑塊在水平軌道上從A到B做初速為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，重力加速度g取10m/s2。第37頁(yè)，共43頁(yè)，2023年，2月20日，星期三圖實(shí)－4－7(1)為測(cè)量滑塊的加速度a，須測(cè)出它在A、B間運(yùn)動(dòng)的________與______