验证牛顿运动定律.ppt

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1、实验四验证牛顿运动定律【实验实验目的目的】1.1.学会利用控制学会利用控制变变量法研究物理量法研究物理规规律。律。2.2.探究加速度与力、探究加速度与力、质质量的关系。量的关系。3.3.学会利用学会利用图图象法象法处处理理实验实验数据的方法。数据的方法。【实验实验原理原理】1.1.保持保持质质量不量不变变, ,探究加速度探究加速度a a与合外力与合外力F F的关系。的关系。2.2.保持合外力不保持合外力不变变, ,探究加速度探究加速度a a与与质质量量M M的关系。的关系。3.3.作出作出a-Fa-F图图象和象和a- a- 图图象象, ,确定其关系。确定其关系。【实验实验器材器材】打点打点计时

2、计时器、器、纸带纸带、复写、复写纸纸、小、小车车、一端附有定滑、一端附有定滑轮轮的的长长木板、小木板、小盘盘、夹夹子、子、细绳细绳、低、低压压交流交流电电源、源、导线导线、天平、刻度尺、砝天平、刻度尺、砝码码。【实验过实验过程程】1.1.称量称量质质量量: :用天平用天平测测量小量小盘盘的的质质量量m m0 0和小和小车车的的质质量量M M。2.2.仪仪器安装器安装: :按照如按照如图图所示所示装置把装置把实验实验器材安装器材安装好好, ,只是只是不把不把悬悬挂小挂小盘盘的的细线细线系在小系在小车车上上( (即不即不给给小小车牵车牵引力引力) )。3.3.平衡摩擦力平衡摩擦力: :在在长长木板

3、的不木板的不带带定滑定滑轮轮的一端下面的一端下面垫垫上上一一块块薄木薄木块块, ,使小使小车车在斜面上做匀速直在斜面上做匀速直线线运运动动。4.4.操作操作记录记录: :(1)(1)把把细绳细绳系在小系在小车车上并上并绕过绕过滑滑轮悬轮悬挂小挂小盘盘, ,小小盘盘里放砝里放砝码码, ,先接通先接通电电源再放开小源再放开小车车, ,取取纸带纸带, ,编编号号码码。(2)(2)保持小保持小车车的的质质量量M M不不变变, ,改改变变小小盘盘中砝中砝码码的重力的重力, ,重复重复步步骤骤(1)(1)。由。由纸带计纸带计算出小算出小车车的加速度的加速度, ,并把力和并把力和对应对应的的加速度填入表加速

4、度填入表( (一一) )中。中。(3)(3)保持小保持小盘盘和砝和砝码质码质量量m m不不变变, ,改改变变小小车车和砝和砝码码的的总质总质量量M,M,重复以上步重复以上步骤骤。并将所。并将所对应对应的的质质量和加速度填入量和加速度填入表表( (二二) )中。中。表表( (一一) )实验实验次数次数加速度加速度a/(ma/(ms s-2-2) )小小车车受力受力F/NF/N1 12 23 34 4表表( (二二) )实验实验次数次数加速度加速度a/(ma/(ms s-2-2) )小小车车和小和小车车上砝上砝码码的的总质总质量量M/kgM/kg1 12 23 3【数据数据处处理理】1.1.计计算

5、加速度算加速度: :先在先在纸带纸带上上标标明明计计数点数点, ,测测量各量各计计数点数点间间的距离的距离, ,根据逐差法根据逐差法计计算各条算各条纸带对应纸带对应的加速度。的加速度。2.2.作作图图象找关系象找关系: :根据根据记录记录的各的各组对应组对应的加速度的加速度a a与小与小车车所受所受牵牵引力引力F,F,建立直角坐建立直角坐标标系系, ,描点画描点画a-Fa-F图图象。如象。如果果图图象是一条象是一条过过原点的原点的倾倾斜直斜直线线, ,便便证证明加速度与作用明加速度与作用力成正比。再根据力成正比。再根据记录记录的各的各组对应组对应的加速度的加速度a a与小与小车车和和小小车车上

6、砝上砝码总质码总质量量M,M,建立直角坐建立直角坐标标系系, ,描点画描点画a- a- 图图象象, ,如果如果图图象是一条象是一条过过原点的原点的倾倾斜直斜直线线, ,就就证证明了加速明了加速度与度与质质量成反比。量成反比。【误误差分析差分析】1.1.偶然偶然误误差差: :(1)(1)摩擦力平衡不准确摩擦力平衡不准确, ,故在平衡摩擦力故在平衡摩擦力时时, ,不不给给小小车牵车牵引引力力, ,使打点使打点计时计时器打出的器打出的纸带纸带点迹点迹间间隔均匀。隔均匀。(2)(2)质质量量测测量以及量以及计计数点数点间间距距测测量不准确量不准确, ,故要采取多次故要采取多次测测量取平均量取平均值值。

7、(3)(3)作作图图不准确不准确, ,故在描点作故在描点作图时图时, ,要用坐要用坐标纸标纸, ,使尽量多使尽量多的点落在直的点落在直线线上上, ,不在直不在直线线上的点均匀分布两上的点均匀分布两侧侧, ,舍去偶舍去偶然然误误差差较较大的点。大的点。2.2.系系统误统误差差: :因因实验实验原理不原理不完善引起的完善引起的误误差。本差。本实验实验用用小小盘盘和砝和砝码码的的总总重力重力mgmg代替代替对对小小车车的拉力的拉力, ,而而实际实际上小上小车车所受的拉力要小于小所受的拉力要小于小盘盘和砝和砝码码的的总总重力。故要重力。故要满满足足小小盘盘和砝和砝码码的的总质总质量量远远小于小小于小车

8、车的的质质量。量。【注意事注意事项项】1.1.平衡摩擦力平衡摩擦力: :平衡摩擦力平衡摩擦力时时, ,要要调调出一个合适的斜面出一个合适的斜面, ,使小使小车车的重力沿着斜面方向的分力正好平衡小的重力沿着斜面方向的分力正好平衡小车车受的受的摩擦阻力。此摩擦阻力。此时时, ,不要把不要把悬悬挂小挂小盘盘的的细线细线系在小系在小车车上上, ,即即不要不要给给小小车车加任何加任何牵牵引力引力, ,要要让让小小车车拖着拖着纸带纸带运运动动。2.2.实验实验条件条件: :M Mm m。只有如此。只有如此, ,小小盘盘和砝和砝码码的的总总重力才重力才可可视为视为小小车车受到的拉力。受到的拉力。3.3.一先

9、一后一先一后: :改改变变拉力和小拉力和小车质车质量后量后, ,每次开始每次开始时时小小车应车应尽量靠近打点尽量靠近打点计时计时器器, ,并并应应先接通先接通电电源源, ,后放开小后放开小车车, ,且且应应在小在小车车到达滑到达滑轮轮前按住小前按住小车车。4.4.作作图图: :作作图时图时两两轴标轴标度比例要适当度比例要适当, ,各物理量采用国各物理量采用国际际单单位位, ,这样这样作作图线时图线时, ,坐坐标标点点间间距不至于距不至于过过密密, ,误误差会小差会小些。些。热热点一点一对对实验实验原理与注意事原理与注意事项项的考的考查查【典例典例1 1】如如图图甲所示甲所示, ,某同学将力某同

10、学将力传传感器固定在小感器固定在小车车上上, ,然后把然后把绳绳的一端固定在的一端固定在传传感器拉感器拉钩钩上上, ,用来用来测测量量绳对绳对小小车车的拉力的拉力, ,探究在小探究在小车车及及传传感器感器总质总质量不量不变时变时加速度加速度跟它跟它们们所受拉力的关系所受拉力的关系, ,根据所根据所测测数据在坐数据在坐标标系中作出系中作出了如了如图图乙所示的乙所示的a-Fa-F图图象。象。世世纪纪金榜金榜导导学号学号4272206942722069(1)(1)图线图线不不过过坐坐标标原点的原因是原点的原因是_。(2)(2)本本实验实验中是否仍需要砂和砂桶的中是否仍需要砂和砂桶的总质总质量量远远小

11、于小小于小车车和和传传感器的感器的总质总质量。量。( (选选填填“是是”或或“否否”) )。(3)(3)由由图图象求出小象求出小车车和和传传感器的感器的总质总质量量为为kgkg。【解析解析】(1)a-F(1)a-F图象与横轴交点为图象与横轴交点为(0.1,0),(0.1,0),说明施加说明施加外力小于外力小于0.1N0.1N时小车和传感器没有加速度时小车和传感器没有加速度, ,说明实验前说明实验前没有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不足。没有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不足。(2)(2)因传感器可直接测出小车和传感器受到的拉力因传感器可直接测出小车和传感器受到的拉力, ,因因此不需要保证砂和砂桶的质量远小

12、于小车和传感器的此不需要保证砂和砂桶的质量远小于小车和传感器的总质量。总质量。(3)a-F(3)a-F图象斜率为图象斜率为 , ,由图知图象斜率由图知图象斜率k=1kgk=1kg-1-1, ,则小车则小车和传感器的总质量为和传感器的总质量为1kg1kg。答案答案: :(1)(1)未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足(2)(2)否否(3)1(3)1【强强化化训练训练】为为了了“探究加速度与力、探究加速度与力、质质量的关系量的关系”, ,现现提供如提供如图图甲所甲所示示实验实验装置。装置。请请思考探究思路并回答下列思考探究思路并回答下列问题问题: :(1)(1)为为了消除小了消

13、除小车车与木板之与木板之间间摩擦力的影响摩擦力的影响应应采取的做采取的做法是法是( () )A.A.将木板不将木板不带带滑滑轮轮的一端适当的一端适当垫垫高高, ,使小使小车车在在钩码钩码拉拉动动下恰好做匀速运下恰好做匀速运动动B.B.将木板将木板带带滑滑轮轮的一端适当的一端适当垫垫高高, ,使小使小车车在在钩码钩码拉拉动动下下恰好做匀速运恰好做匀速运动动C.C.使木板不使木板不带带滑滑轮轮的一端适当的一端适当垫垫高高, ,在不挂在不挂钩码钩码的情况的情况下使小下使小车车恰好做匀速运恰好做匀速运动动D.D.使木板不使木板不带带滑滑轮轮的一端适当的一端适当垫垫高高, ,在不挂在不挂钩码钩码的情况的

14、情况下使小下使小车车能能够够静止在木板上静止在木板上(2)(2)在在实验实验中中, ,得到一条打点的得到一条打点的纸带纸带, ,如如图图乙所示乙所示, ,已知相已知相邻计邻计数点的数点的时间间时间间隔隔为为T,T,且且间间距距s s1 1、s s2 2、s s3 3、s s4 4、s s5 5、s s6 6已量出已量出, ,则则小小车车加速度的表达式加速度的表达式为为a=a=。(3)(3)有一有一组组同学保持小同学保持小车车及及车车中的砝中的砝码质码质量一定量一定, ,探究加探究加速度速度a a与所受外力与所受外力F F的关系的关系, ,他他们们在木板水平和在木板水平和倾倾斜两种斜两种情况下分

15、情况下分别别做了做了实验实验, ,得到了两条得到了两条a-Fa-F图线图线, ,如如图图丙所示。丙所示。图线图线是在木板是在木板倾倾斜情况下得到的斜情况下得到的( (选选填填“”或或“”););小小车车及及车车中的砝中的砝码总质码总质量量m=m=kgkg。【解析解析】(1)(1)平衡摩擦力就是让小车在无拉力的作用下平衡摩擦力就是让小车在无拉力的作用下做匀速直线运动做匀速直线运动, ,让重力沿斜面的分力等于小车受到的让重力沿斜面的分力等于小车受到的摩擦力。所以应将木板不带滑轮的一端适当垫高摩擦力。所以应将木板不带滑轮的一端适当垫高, ,在不在不挂钩码的情况下使小车恰好做匀速运动。故挂钩码的情况下

16、使小车恰好做匀速运动。故C C选项正确。选项正确。(2)(2)由匀变速运动的规律得由匀变速运动的规律得: :s s4 4-s-s1 1=3aT=3aT2 2,s,s5 5-s-s2 2=3aT=3aT2 2,s,s6 6-s-s3 3=3aT=3aT2 2, ,联立得联立得:(s:(s4 4+s+s5 5+s+s6 6)-(s)-(s1 1+s+s2 2+s+s3 3)=9aT)=9aT2 2解得解得:a= :a= (3)(3)由图线由图线可知可知, ,当当F=0F=0时时,a0,a0。也就是说当绳子上。也就是说当绳子上没有拉力时小车就有加速度没有拉力时小车就有加速度, ,该同学实验操作中平衡

17、摩该同学实验操作中平衡摩擦力过大擦力过大, ,即倾角过大即倾角过大, ,平衡摩擦力时木板的右端垫得平衡摩擦力时木板的右端垫得过高。所以图线过高。所以图线是在木板右侧抬高成为斜面情况下是在木板右侧抬高成为斜面情况下得到的。得到的。根据根据F=maF=ma得得a-Fa-F图象的斜率图象的斜率k= ,k= ,由由a-Fa-F图象得图象斜率图象得图象斜率k=2kgk=2kg-1-1, ,所以所以m=0.5kgm=0.5kg。答案答案: :(1)C(1)C(2)(2)(3)(3)0.50.5【反思反思归纳归纳】(1)(1)平衡摩擦力要在小平衡摩擦力要在小车车不受拉力的作用不受拉力的作用下下进进行行, ,

18、并使小并使小车车做匀速直做匀速直线线运运动动。(2)a-F(2)a-F图图象不象不过过坐坐标标原点的原因是平衡摩擦力没有做好原点的原因是平衡摩擦力没有做好, ,但但图线图线仍是直仍是直线线。(3)a-F(3)a-F图图象的斜率表示小象的斜率表示小车质车质量的倒数。量的倒数。热热点二点二对实验对实验数据的数据的处处理与理与误误差分析的差分析的考考查查【典例典例2 2】某某实验实验小小组组利用利用图图示的装置探究加速度与力、示的装置探究加速度与力、质质量的关系。量的关系。世世纪纪金榜金榜导导学号学号4272207042722070(1)(1)下列做法正确的是下列做法正确的是( () )A.A.调节

19、调节滑滑轮轮的高度的高度, ,使使牵牵引木引木块块的的细绳细绳与与长长木板保持平木板保持平行行B.B.在在调节调节木板木板倾倾斜度平衡木斜度平衡木块块受到的滑受到的滑动动摩擦力摩擦力时时, ,将将装有砝装有砝码码的砝的砝码码桶通桶通过过定滑定滑轮轮拴在木拴在木块块上上C.C.实验时实验时, ,先放开木先放开木块块再接通打点再接通打点计时计时器的器的电电源源D.D.通通过过增减木增减木块块上的砝上的砝码码改改变质变质量量时时, ,不需要重新不需要重新调节调节木板木板倾倾斜度斜度(2)(2)为为使砝使砝码码桶及桶内砝桶及桶内砝码码的的总总重力在数重力在数值值上近似等于上近似等于木木块块运运动时动时

20、受到的拉力受到的拉力, ,应满应满足的条件是砝足的条件是砝码码桶及桶内桶及桶内砝砝码码的的总质总质量量( (选选填填“远远大于大于”“”“远远小于小于”或或“近近似等于似等于”) )木木块块和木和木块块上砝上砝码码的的总质总质量。量。(3)(3)甲、乙两同学在同一甲、乙两同学在同一实验实验室室, ,各取一套各取一套图图示的装置示的装置放在水平桌面上放在水平桌面上, ,木木块块上均不放砝上均不放砝码码, ,在没有平衡摩擦在没有平衡摩擦力的情况下力的情况下, ,研究加速度研究加速度a a与拉力与拉力F F的关系的关系, ,分分别别得到得到图图中甲、乙两条直中甲、乙两条直线线, ,设设甲、乙用的木甲

21、、乙用的木块质块质量分量分别为别为m m甲甲、m m乙乙, ,甲、乙用的木甲、乙用的木块块与木板与木板间间的的动动摩擦因数分摩擦因数分别别为为甲甲、乙乙, ,由由图图可知可知,m,m甲甲m m乙乙,甲甲乙乙。( (均均选选填填“大于大于”“”“小于小于”或或“等于等于”) )【解析解析】(1)(1)选选A A、D D。木块下滑时。木块下滑时, ,受到重力、细线的拉受到重力、细线的拉力、支持力和摩擦力力、支持力和摩擦力, ,要使拉力等于合力要使拉力等于合力, ,应该使细绳与应该使细绳与长木板平行且使重力沿斜面向下的分力长木板平行且使重力沿斜面向下的分力mgsinmgsin等于摩等于摩擦力擦力mg

22、cosmgcos, ,即即mgsinmgsin= =mgcosmgcos( (其中其中为木板为木板的倾角的倾角),),故平衡摩擦力时故平衡摩擦力时, ,不能悬挂砝码桶不能悬挂砝码桶,A,A正确正确,B,B错误错误; ;由平衡摩擦力的公式可知两边的质量由平衡摩擦力的公式可知两边的质量m m可以消去可以消去, ,故改故改变木块上的砝码的质量时变木块上的砝码的质量时, ,木块及其上木块及其上砝码的总重力沿斜面向下的分力仍能和总的摩擦力抵砝码的总重力沿斜面向下的分力仍能和总的摩擦力抵消消, ,不需要重新调节木板倾斜度不需要重新调节木板倾斜度, ,故故D D正确正确; ;通过纸带求木通过纸带求木块加速度

23、块加速度, ,要求打点计时器在纸带上打出足够多的点要求打点计时器在纸带上打出足够多的点, ,这这就要求将木块放在靠近打点计时器的位置就要求将木块放在靠近打点计时器的位置, ,并且先接通并且先接通打点计时器打点计时器, ,待打点稳定后再释放木块待打点稳定后再释放木块, ,故选项故选项C C错误。错误。(2)(2)实验中平衡好摩擦力后实验中平衡好摩擦力后, ,绳的拉力提供木块的合外绳的拉力提供木块的合外力力, ,即即F=ma;F=ma;砝码桶及桶内砝码与木块运动的加速度相砝码桶及桶内砝码与木块运动的加速度相等等, ,由牛顿第二定律得由牛顿第二定律得mgmg-F=-F=mama, ,两式联立得两式联

24、立得mgmg=(=(m+m)am+m)a, ,当当mmm m时时, ,m+mm,mgmam+mm,mgma, ,即当即当mmm m时时, ,砝码桶及桶内砝码的总重力近似等于木块运砝码桶及桶内砝码的总重力近似等于木块运动时受到的拉力动时受到的拉力, ,提供木块的合外力提供木块的合外力, ,故应填故应填“远小于远小于”。(3)(3)实验中如果没有平衡摩擦实验中如果没有平衡摩擦, ,对木块进行受力分析对木块进行受力分析, ,根据牛顿第二定律根据牛顿第二定律F-F-mgmg=ma,=ma,得得a= F-a= F-gg, ,即即a-Fa-F图象中图象中, ,斜率表示质量的倒数斜率表示质量的倒数 ,a,a

25、轴上的截距的绝对轴上的截距的绝对值表示值表示gg, ,结合图可得结合图可得m m甲甲m乙乙。答案答案: :(1)A(1)A、D D(2)(2)远小于远小于(3)(3)小于大于小于大于【强强化化训练训练】1.(20171.(2017福州模福州模拟拟) )在在“探究加速度与物体探究加速度与物体质质量、物体量、物体受力的关系受力的关系”活活动动中中, ,某小某小组设计组设计了如了如图图甲所示的甲所示的实验实验装置。装置。图图中上下两中上下两层层水平水平轨轨道表面光滑道表面光滑, ,两小两小车车前端系前端系上上细线细线, ,细线细线跨跨过过滑滑轮轮并挂上砝并挂上砝码盘码盘, ,两小两小车车尾部尾部细线

26、连细线连到控制装置上到控制装置上, ,实验时实验时通通过过控制装置使两小控制装置使两小车车同同时时开始开始运运动动, ,然后同然后同时时停止。停止。(1)(1)在安装在安装实验实验装置装置时时, ,应调应调整滑整滑轮轮的高度的高度, ,使使; ;在在实验时实验时, ,为为减小系减小系统误统误差差, ,应应使砝使砝码盘码盘和砝和砝码码的的总质总质量量( (选选填填“远远大于大于”“”“远远小于小于”或或“等于等于”) )小小车车的的质质量。量。(2)(2)本本实验实验通通过过比比较较两小两小车车的位移来比的位移来比较较小小车车加速度的加速度的大小大小, ,能能这样这样比比较较, ,是因是因为为。

27、(3)(3)实验实验中中获获得数据如表所示得数据如表所示: :小小车车、的的质质量量m m均均为为400g400g。实验实验次数次数小小车车拉力拉力F/NF/N位移位移s/cms/cm1 10.10.10.20.246.5146.512 20.20.229.0429.040.30.343.6343.63实验实验次数次数小小车车拉力拉力F/NF/N位移位移s/cms/cm3 30.30.341.1641.160.40.444.8044.804 40.40.436.4336.430.50.545.5645.56在第在第1 1次次实验实验中小中小车车从从图图乙中的乙中的A A点运点运动动到到B B点

28、点, ,请请将将测测量量结结果填到表中空格果填到表中空格处处。通。通过过分析分析, ,可知表中第可知表中第次次实验实验数据存在明数据存在明显错误显错误, ,应应舍弃。舍弃。【解析解析】(1)(1)在安装实验装置时在安装实验装置时, ,应调整滑轮的高度应调整滑轮的高度, ,使细使细线与轨道平行线与轨道平行( (或水平或水平),),如果细线不保持水平如果细线不保持水平, ,那么小车那么小车的合力就不等于绳子的拉力的合力就不等于绳子的拉力, ,小车的合力就不能正确测小车的合力就不能正确测量。量。设小车的质量为设小车的质量为M,M,砝码盘和砝码的质量为砝码盘和砝码的质量为m,m,根据牛顿根据牛顿第二定

29、律得第二定律得: :对对m:mgm:mg-F-F拉拉=ma=ma对对M:FM:F拉拉=Ma=Ma解得解得:F:F拉拉= = 当当m mM M时时, ,即当砝码盘和砝码的总重力远小于小车的重即当砝码盘和砝码的总重力远小于小车的重力时力时, ,绳子的拉力近似等于砝码盘和砝码的总重力。绳子的拉力近似等于砝码盘和砝码的总重力。(2)(2)本实验通过比较两小车的位移来比较小车加速度的本实验通过比较两小车的位移来比较小车加速度的大小大小, ,能这样比较能这样比较, ,是因为两小车从静止开始做匀加速是因为两小车从静止开始做匀加速直线运动直线运动, ,且两小车的运动时间相等。且两小车的运动时间相等。(3)(3

30、)从刻度尺读出从刻度尺读出A A点的读数为点的读数为0.50cm,B0.50cm,B点的读数为点的读数为23.85cm,23.85cm,所以所以A A点到点到B B点的位移为点的位移为23.35cm23.35cm。当小车质量一定时当小车质量一定时, ,小车的加速度与合力成正比小车的加速度与合力成正比, ,而两而两小车从静止开始做匀加速直线运动小车从静止开始做匀加速直线运动, ,且两小车的运动时且两小车的运动时间相等间相等, ,所以两小车的位移之比等于加速度之比所以两小车的位移之比等于加速度之比, ,所以所以拉力之比应该近似等于位移之比拉力之比应该近似等于位移之比, ,从实验数据中发现第从实验数

31、据中发现第3 3次实验数据存在明显错误次实验数据存在明显错误, ,应舍弃。应舍弃。答案答案: :(1)(1)细线与轨道平行细线与轨道平行( (或水平或水平) )远小于远小于(2)(2)两小车从静止开始做匀加速直线运动且运动时间相两小车从静止开始做匀加速直线运动且运动时间相等等(3)23.35(3)23.353 32.2.某某实验实验小小组组利用如利用如图图甲所示的甲所示的实验实验装置来探究当合装置来探究当合外力一定外力一定时时, ,物体运物体运动动的加速度与其的加速度与其质质量之量之间间的关系。的关系。(1)(1)由由图图甲中刻度尺甲中刻度尺读读出两个光出两个光电门电门中心之中心之间间的距离的

32、距离x=24cm,x=24cm,测测得遮光条的得遮光条的宽宽度度d=0.52cm,d=0.52cm,该实验该实验小小组组在做在做实验时实验时, ,将滑将滑块块从从图图甲所示位置由静止甲所示位置由静止释释放放, ,由数字由数字计时计时器可以器可以读读出遮光条通出遮光条通过过光光电门电门1 1的的时间时间tt1 1, ,遮光条通遮光条通过过光光电门电门2 2的的时间时间tt2 2, ,则则滑滑块经过块经过光光电门电门1 1时时的瞬的瞬时时速度的表达式速度的表达式v v1 1= =, ,滑滑块经过块经过光光电门电门2 2时时的的瞬瞬时时速度的表达式速度的表达式v v2 2= =, ,则则滑滑块块的加

33、速度的表达式的加速度的表达式a=a=。( (以上表达式均用字母表示以上表达式均用字母表示) )(2)(2)在本次在本次实验实验中中, ,实验实验小小组组通通过过改改变变滑滑块质块质量量总总共做了共做了6 6组实验组实验, ,得到如表所示的得到如表所示的实验实验数据数据, ,通通过过分析表中数据分析表中数据后后, ,你得出的你得出的结论结论是是。m/gm/ga/(ma/(ms s-2-2) )2502502.022.023003001.651.653503501.331.334004001.251.255005001.001.008008000.630.63(3)(3)现现需通需通过图过图象象进

34、进一步一步验证验证你的你的结论结论, ,请请利用表格数据利用表格数据, ,在在图图乙坐乙坐标标系中描点作出相系中描点作出相应图应图象。象。【解析解析】(1)(1)由于遮光条的宽度很小由于遮光条的宽度很小, ,遮光条通过光遮光条通过光电门的时间很短电门的时间很短, ,这段时间内的平均速度即为滑块通这段时间内的平均速度即为滑块通过光电门的瞬时速度过光电门的瞬时速度, ,故故v v1 1= ,v= ,v2 2= ,= ,滑块由光电滑块由光电门门1 1到光电门到光电门2 2做匀加速直线运动做匀加速直线运动, ,由由 (2)(2)在合外力不变的情况下在合外力不变的情况下, ,物体运动的加速度跟物体物体运

35、动的加速度跟物体的质量成反比的质量成反比, ,当合外力一定时当合外力一定时, ,在误差允许的范围内在误差允许的范围内, ,物体质量和加速度的乘积近似相等。物体质量和加速度的乘积近似相等。(3)(3)如图所示如图所示 答案答案: :(1)(1)(2)(2)、(3)(3)见解析见解析热热点三点三实验实验拓展与拓展与创创新新【典例典例3 3】(2015(2015全国卷全国卷)某物理小某物理小组组的同学的同学设计设计了一了一个粗个粗测测玩具小玩具小车车通通过过凹形凹形桥桥最低点最低点时时的速度的的速度的实验实验。所用器材有所用器材有: :玩具小玩具小车车、压压力式托力式托盘盘秤、凹形秤、凹形桥桥模模拟

36、拟器器( (圆圆弧部分的半径弧部分的半径为为R=0.20 m)R=0.20 m)。完成下列填空完成下列填空: :世世纪纪金榜金榜导导学号学号4272207142722071(1)(1)将凹形将凹形桥桥模模拟拟器静置于托器静置于托盘盘秤上秤上, ,如如图图甲所示甲所示, ,托托盘盘秤秤的示数的示数为为1.00 kg1.00 kg。(2)(2)将玩具小将玩具小车车静置于凹形静置于凹形桥桥模模拟拟器最低点器最低点时时, ,托托盘盘秤的秤的示数如示数如图图乙所示乙所示, ,该该示数示数为为kgkg。(3)(3)将小将小车车从凹形从凹形桥桥模模拟拟器某一位置器某一位置释释放放, ,小小车经过车经过最低最

37、低点后滑向另一点后滑向另一侧侧, ,此此过过程中托程中托盘盘秤的最大示数秤的最大示数为为m;m;多次多次从同一位置从同一位置释释放小放小车车, ,记录记录各次的各次的m m值值如表所示如表所示: :序号序号1 12 23 34 45 5m/kgm/kg1.801.801.751.751.851.851.751.751.901.90(4)(4)根据以上数据根据以上数据, ,可求出小可求出小车经过车经过凹形凹形桥桥最低点最低点时对桥时对桥的的压压力力为为N;N;小小车车通通过过最低点最低点时时的速度大小的速度大小为为m/sm/s。( (重力加速度大小重力加速度大小g g取取9.80 m/s9.80

38、 m/s2 2, ,计计算算结结果保留果保留2 2位有效数字位有效数字) )【创新方向分析创新方向分析】(1)(1)圆弧刻度托盘秤的读数。圆弧刻度托盘秤的读数。(2)(2)测量竖直平面圆周运动最低点的速度。测量竖直平面圆周运动最低点的速度。(3)(3)受力分析和牛顿第二定律相结合。受力分析和牛顿第二定律相结合。【解析解析】(2)(2)托盘秤的最小标度为托盘秤的最小标度为0.1 kg,0.1 kg,则读数为则读数为1.00 kg+4.01.00 kg+4.00.1 kg=1.40 kg;0.1 kg=1.40 kg;(4)(4)小车经过最低点时对桥的压力为小车经过最低点时对桥的压力为F= F=

39、=7.9 N,=7.9 N,在桥的最低点在桥的最低点, ,由牛顿第二定律得由牛顿第二定律得F-mg=F-mg=其中其中m=1.40 kg-1.00 kg=0.40 kg,m=1.40 kg-1.00 kg=0.40 kg,再代入其他数据解得再代入其他数据解得v=1.4 v=1.4 m/sm/s。答案答案: :(2)1.40(2)1.40(4)7.9(4)7.91.41.4【强强化化训练训练】某探究学某探究学习习小小组组的同学要的同学要验证验证“牛牛顿顿第二定律第二定律”, ,他他们们在在实验实验室室组组装了一套如装了一套如图图所示的装置所示的装置, ,水平水平轨轨道上安装两道上安装两个光个光电

40、门电门, ,小小车车上固定有力上固定有力传传感器和感器和挡挡光板光板, ,细线细线一端与一端与力力传传感器感器连连接接, ,另一端跨另一端跨过过定滑定滑轮轮挂上砝挂上砝码盘码盘。实验实验首先保持首先保持轨轨道水平道水平, ,通通过调过调整砝整砝码盘码盘里砝里砝码码的的质质量量让让小小车车做匀速运做匀速运动动以以实现实现平衡摩擦力平衡摩擦力, ,再再进进行后面的操行后面的操作作, ,并在并在实验实验中中获获得以下得以下测测量数据量数据: :小小车车、力、力传传感器和感器和挡挡光板的光板的总质总质量量M,M,平衡摩擦力平衡摩擦力时时砝砝码码和砝和砝码盘码盘的的总质总质量量m m0 0, ,挡挡光板

41、的光板的宽宽度度d,d,光光电门电门1 1和和2 2的中心距离的中心距离s s。(1)(1)该实验该实验是否需要是否需要满满足砝足砝码码和砝和砝码盘码盘的的总质总质量量远远小于小于车车的的质质量量? ?( (选选填填“需要需要”或或“不需要不需要”) )。(2)(2)实验实验需用游需用游标标卡尺卡尺测测量量挡挡光板的光板的宽宽度度d,d,如如图图所示所示,d=,d=mmmm。(3)(3)某某次次实验过实验过程程: :力力传传感器感器的的读读数数为为F,F,小小车车通通过过光光电门电门1 1和和2 2的的挡挡光光时间时间分分别为别为t t1 1、t t2 2( (小小车车通通过过光光电门电门2

42、2后后, ,砝砝码盘码盘才落地才落地),),已知重力加速度已知重力加速度为为g,g,则该实验则该实验要要验证验证的表的表达式是达式是。【解析解析】(1)(1)由于实验装置图中已给出了力传感器由于实验装置图中已给出了力传感器, ,所所以不需要满足以不需要满足m m0 0M M。(2)d=5mm+0.05(2)d=5mm+0.0510mm=5.50mm10mm=5.50mm。(3)(3)小车在光电门小车在光电门1 1处的速度为处的速度为v v1 1= ,= ,在光电门在光电门2 2处的处的速度为速度为v v2 2= ,= ,所以根据所以根据 =2as, =2as,可得可得:a=:a=由由F=MaF

43、=Ma可知可知F= F= 答案答案: :(1)(1)不需要不需要(2)5.50(2)5.50(3)F=(3)F= 【反思反思归纳归纳】实验实验的常的常见见四点四点创创新角度新角度(1)(1)在在绳绳上安装力上安装力传传感器感器, ,可以不必可以不必满满足足m mM M。(2)(2)用光用光电计时电计时器或器或频闪频闪相机代替打点相机代替打点计时计时器器, ,不不仅仅可以可以记录时间记录时间, ,还还可求出速度大小。可求出速度大小。(3)(3)用气用气垫导轨垫导轨代替代替长长木板木板, ,可以不必平衡摩擦力。可以不必平衡摩擦力。(4)(4)高考高考实验题实验题往往是在教材往往是在教材实验实验的基的基础础上上创设创设新情境新情境, ,故要在夯故要在夯实实教材教材实验实验的基的基础础上注重迁移上注重迁移创创新能力的培新能力的培养养, ,善于用教材中善于用教材中实验实验的原理、方法和技巧的原理、方法和技巧处处理新理新问题问题。