驗(yàn)證牛頓第二定律和游標(biāo)卡尺的使用

驗(yàn)證牛頓第二定律和游標(biāo)卡尺的使用第1頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月【實(shí)驗(yàn)原理】1.實(shí)驗(yàn)要說明什么問題?3.如何由實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論?2.怎么設(shè)計(jì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)?a與F關(guān)系?a與m關(guān)系?1.測量哪些量?2.怎么測量?數(shù)據(jù)處理控制變量法

a、F、m

m：a:F:天平打點(diǎn)計(jì)時(shí)器物體所受的合力第2頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月【實(shí)驗(yàn)器材】

打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、小車、一端附有定滑輪的長木板、重物、夾子、細(xì)繩、天平(帶有一套砝碼)、刻度尺、砝碼.【實(shí)驗(yàn)步驟】1.用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m,把數(shù)值記錄下來.2.按如圖1所示把實(shí)驗(yàn)器材安裝好,只是不把懸掛小盤的細(xì)繩系在車上,即不給小車施加牽引力.圖1第3頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月3.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(dòng)木板的位置,直至小車在斜面上運(yùn)動(dòng)時(shí)可以保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài).這時(shí),小車拖著紙帶運(yùn)動(dòng)時(shí)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.4.把細(xì)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(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一系列的點(diǎn),打完點(diǎn)后切斷電源,取下紙帶,在紙帶上標(biāo)上紙帶號(hào)碼.第4頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月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,把小盤和砝碼的總質(zhì)量m′記錄下來,重復(fù)步驟4.在小桶內(nèi)再放入適量砝碼,記錄下小盤和砝碼的總質(zhì)量m″,再重復(fù)步驟4.6.重復(fù)步驟5兩次,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(jì)數(shù)點(diǎn),測量計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離,算出每條紙帶上的加速度的值.

第5頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月8.用縱坐標(biāo)表示加速度a,橫坐標(biāo)表示作用力F,作用力的大小F等于小盤和砝碼的總重力,根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果在坐標(biāo)平面上畫出相應(yīng)的點(diǎn),如果這些點(diǎn)是在一條過原點(diǎn)的直線上,便證明了加速度與作用力成正比.F/N

a/m·s-2

F/Na/m·s-20第6頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月9.保持小盤和砝碼的質(zhì)量不變,在小車上加砝碼,重復(fù)上面的實(shí)驗(yàn),用縱坐標(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),根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果在坐標(biāo)平面上畫出相應(yīng)的點(diǎn).如果這些點(diǎn)是在一條過原點(diǎn)的直線上,就證明了加速度與質(zhì)量成反比.1/Mkg-1

a/m·s-2

1/M/kg-1a/m·s-20第7頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月控制變量法,驗(yàn)證牛二律;實(shí)驗(yàn)第一步,平衡摩擦力;合力等于盤碼重,必須滿足關(guān)系式(m<<M);驗(yàn)證a-M成反比,注意選好坐標(biāo)系.錦囊妙訣第8頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月

交流與思考:若由實(shí)驗(yàn)結(jié)果畫出的小車運(yùn)動(dòng)的a—F圖線是一條并不過原點(diǎn)的直線,說明實(shí)驗(yàn)中存在什么問題？圖線的斜率有何物理意義？實(shí)驗(yàn)中并不畫出a—M圖線,而是畫出a-圖線,這包含了哪些物理思想方法？

a—F圖線是一條并不過原點(diǎn)的直線,說明F并不是小車受到的合外力.若圖線在F軸上有截距,說明沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足;若圖線在a軸正向有截距,說明平衡摩擦力過度,此時(shí)圖線的斜率表示.提示:第9頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月

由牛頓第二定律可知,a與M成反比,所以a—M圖線并不是直線.為了減小實(shí)驗(yàn)誤差,也為了將曲線轉(zhuǎn)化為便于研究的直線,畫出a-圖線,這包含了物理學(xué)中化曲為直的思想方法,此時(shí)圖線的斜率表示F.第10頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月【誤差分析】1.質(zhì)量的測量誤差,紙帶上打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)間隔距離的測量誤差,拉線或紙帶不與木板平行等都會(huì)造成誤差.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砝碼的總重力),存在系統(tǒng)誤差.小盤和砝碼的總質(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)量越小于小車的質(zhì)量,誤差就越小.第11頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月3.平衡摩擦力不準(zhǔn)造成誤差在平衡摩擦力時(shí),除了不掛小盤外;其他的都跟正 式實(shí)驗(yàn)一樣(比如要掛好紙帶,接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器),勻速運(yùn)動(dòng)的標(biāo)志是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶上各點(diǎn)的距離相等.第12頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月

交流與思考:為何小盤及砝碼的重力不等于繩子的拉力？如何才能減小由此造成的測量誤差？

提示:令小車帶上紙帶在斜面上平衡阻力后掛上小盤,使小車和小盤一起加速運(yùn)動(dòng)時(shí)繩的拉力大小為FT,小車總質(zhì)量為M,小盤及砝碼總質(zhì)量為m,它們的加速度為a,由牛頓第二定律,對M有FT=Ma

對m有mg-FT=ma

聯(lián)立解得FT=

可見,欲使FT≈mg,則必有→0,故有m<<M為條件.實(shí)驗(yàn)操作中一般保持M＞20m,否則,系統(tǒng)誤差較大.第13頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月【注意事項(xiàng)】1.一定要做好平衡摩擦力的工作,也就是調(diào)出一個(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,并要讓小車拖著打點(diǎn)的紙帶運(yùn)動(dòng).2.實(shí)驗(yàn)步驟2、3不需要重復(fù),即整個(gè)實(shí)驗(yàn)平衡了摩擦力后,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,都不需要重新平衡摩擦力.第14頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月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(yuǎn)大于小盤和砝碼的總質(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拉力.4.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.5.作圖象時(shí),要使盡可能多的點(diǎn)分布在所作直線上,不在直線上的點(diǎn)應(yīng)盡可能對稱分布在所作直線兩側(cè).6.作圖時(shí)兩軸標(biāo)度比例要選擇適當(dāng),各量須采用國際單位.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.第15頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月7.為提高測量精度

(1)應(yīng)舍掉紙帶上開頭比較密集的點(diǎn),在后邊便于測量的地方找一個(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,每五個(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=0.1s.第16頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月游標(biāo)卡尺原理和使用方法第17頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月01234567890012345678910游標(biāo)尺主尺外徑測腳深度窄片內(nèi)徑測腳被測球體鎖定旋鈕結(jié)構(gòu)與功能兩條零刻線的間距等于各測量點(diǎn)的間距第18頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月測厚度和外徑第19頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月測槽寬和內(nèi)徑第20頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月測孔深第21頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月主尺游標(biāo)9mm刻10格，每格為0.9mm即：每格相差0.1mm01234三種常見的游標(biāo)卡尺之10分刻度測量值=主尺整毫米數(shù)+游標(biāo)N線×0.1mm第22頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月游標(biāo)卡尺的測量原理（以十分度為例）主尺游標(biāo)01010cm

主尺上的最小分度是1毫米，游標(biāo)上有10個(gè)等分度，總長為主尺上的9毫米，則游標(biāo)上每一個(gè)分度為0.9毫米，主尺上一個(gè)刻度與游標(biāo)上的一個(gè)刻度相差0.1mm。10毫米9毫米1毫米0.9毫米第23頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月

10分度游標(biāo)卡尺的讀數(shù)方法主尺cm310游標(biāo)0讀數(shù)=整的毫米數(shù)（主尺）+N線×0.1mm（游標(biāo)）27L=27+0.77×0.1=27.7mm第24頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月游標(biāo)卡尺的讀數(shù)練習(xí)：主尺cm210游標(biāo)0讀數(shù)=整的毫米數(shù)（主尺）+L=15+0.33×0.1=15.3mm15N線×0.1mm（游標(biāo)）第25頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月游標(biāo)卡尺的讀數(shù)練習(xí)：主尺cm210游標(biāo)0讀數(shù)=整的毫米數(shù)（主尺）+L=20+0.00=20.0mm203N線×0.1mm（游標(biāo)）第26頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月游標(biāo)卡尺的讀數(shù)練習(xí)：主尺cm1110游標(biāo)0讀數(shù)=整的毫米數(shù)（主尺）+L=111+0.00=111.0mm11112N線×0.1mm（游標(biāo)）第27頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月請你讀出下列游標(biāo)卡尺的讀數(shù)：主尺cm510游標(biāo)0L=52+0.6=52.6mm52.66第28頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月主尺游標(biāo)19毫米刻20格，（19/20）毫米/格即：每格相差1/20=0.05毫米0102001234游標(biāo)卡尺之20分刻度第29頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月游標(biāo)卡尺的測量原理（二十分度）主尺游標(biāo)01010cm

主尺上的最小分度是1毫米，游標(biāo)上有20個(gè)等分度，總長為主尺上的19毫米，則游標(biāo)上每一個(gè)分度為0.95毫米，主尺上一個(gè)刻度與游標(biāo)上的一個(gè)刻度相差0.05mm。20毫米19毫米220第30頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月游標(biāo)卡尺的讀數(shù)方法（二十分度）主尺cm310游標(biāo)0讀數(shù)=整的毫米數(shù)（主尺）+N線×0.05mm（游標(biāo)））26L=26+0.255×0.05=26.25mm420第31頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月游標(biāo)卡尺的讀數(shù)方法（二十分度）主尺cm1110游標(biāo)0讀數(shù)=整的毫米數(shù)（主尺）+105L=105+0.000×0.05=105.00mm1220N線×0.05mm（游標(biāo)）第32頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月主尺cm210游標(biāo)0L=15+0.35=15.35mm3請你讀出下列游標(biāo)卡尺的讀數(shù)：20第33頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月主尺cm110游標(biāo)0L=5+0.95=5.95mm2請你讀出下列游標(biāo)卡尺的讀數(shù)：20第34頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月

50分度的游標(biāo)卡尺的讀數(shù)道理和10分度、20分度的一樣。復(fù)習(xí)到這里，你想出來了嗎？50分度的應(yīng)該怎么讀呢？第35頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月主尺游標(biāo)49毫米刻50格，（49/50）毫米/格即：每格相差1/50=0.02mm010203040500123456游標(biāo)卡尺之50分刻度第36頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月[例1]

一種游標(biāo)卡尺，它的游標(biāo)尺上有50個(gè)小的等分刻度，總長度為49mm.用它測量某物體長度，卡尺示數(shù)如下圖所示，則該物體的長度是________cm.第37頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月[解析]

50分度游標(biāo)卡尺的精確度為0.02mm，主尺上的讀數(shù)為41mm，游標(biāo)尺上的第10格與主尺刻度對齊，則被測物體的長度為41mm＋10×0.02mm＝41.20mm＝4.120cm.[答案]

4.120第38頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月規(guī)律總結(jié)：(1)題目中要求最終結(jié)果用cm作單位，我們應(yīng)先按游標(biāo)卡尺的讀數(shù)原則得出以mm為單位的準(zhǔn)確結(jié)果，再進(jìn)行單位換算．(2)本題中4.120cm不可寫成4.12cm，結(jié)果中的末位“零”不能隨便添減，以免影響精確度．第39頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月游標(biāo)卡尺讀數(shù)規(guī)則總結(jié)和注意事項(xiàng)游標(biāo)尺(mm)精度(mm)測量結(jié)果(游標(biāo)尺上第n條刻線與主尺上的某刻度線對正時(shí))(mm)刻度格數(shù)刻度總長度每小格與1毫米差102050919490.10.050.020.10.050.02主尺上讀的毫米數(shù)＋0.1n主尺上讀的毫米數(shù)＋0.05n主尺上讀的毫米數(shù)＋0.02n第40頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月1，用游標(biāo)卡尺測量金屬管的外徑時(shí)，金屬管不可在鉗口間移動(dòng)或壓得太緊，以免磨損鉗口．,2．用游標(biāo)卡尺測量金屬管的外徑、內(nèi)徑和量筒的深度，把游標(biāo)卡尺放在合適的位置后適當(dāng)旋緊固定螺釘，再讀數(shù)．3．游標(biāo)卡尺使用時(shí)不論多少分度都不用估讀．如20分度的游標(biāo)卡尺，讀數(shù)的末位數(shù)一定是0或5；50分度的游標(biāo)卡尺，讀數(shù)的末位數(shù)字一定是偶數(shù)．4．若游標(biāo)卡尺上任何一刻線均不與主尺的刻線對齊，選擇較近的一條刻線讀數(shù)．第4