实验四验证牛顿运动定律.ppt
,一、实验目的1学会用控制变量法研究物理规律2探究加速度与力、质量的关系3掌握灵活运用图象处理问题的方法,二、实验原理 控制变量法：在所研究的问题中，有两个以上的参量在发生牵连变化时，可以控制某个或某些量不变，只研究其中两个量之间的变化关系的方法，这也是物理学中研究问题时经常采用的方法 本实验中，研究的参量为F、m和a，可以控制参量m一定，研究a与F的关系，也可控制参量F一定，研究a与m的关系,三、实验器材 电磁打点计时器、复写纸片和纸带、一端有定滑轮的长 木板、小车、小盘、低压交流电源、天平、砝码、刻度 尺、导线,四、实验操作1实验步骤(1)用天平测出小车和小盘的质量M和M，把数值记录下来(2)按照如图实41所示装置把实验器材安装好，只是不把 悬挂小盘的细线系在小车上(即不给小车加牵引力),(3)平衡摩擦力：在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上一 块薄木块，反复移动薄木块的位置，直至小车在斜面上 运动时可以保持匀速运动状态，这时小车拖着纸带运动 时受到的摩擦力恰好与小车所受重力在斜面方向上的分 力平衡(4)把细绳系在小车上并绕过滑轮悬挂小盘，先接通电源再 放开小车打点计时器在纸带上打下一系列的点，打点 完成后切断电源，取下纸带，在打点纸带上标上纸带号码,(5)保持小车及车内砝码的质量不变，在小盘内放入质量为 m的砝码，重复步骤4.在小盘内分别放入质量为m，m，的砝码，再重复步骤4.m，m，m的数值 都要记录在纸带上(或表格内)(6)在每条纸带上都选取一段比较理想的部分，标明计数 点，测量计数点间的距离，算出每条纸带上的加速度 的值(7)用纵坐标表示加速度，横坐标表示力，根据实验结果在 坐标平面上画出相应的点若这些点在一条直线上，便 证明了加速度与作用力成正比,(8)保持砝码和小盘的质量不变，在小车上依次加砝码(也需 作好记录)，重复上述步骤，用纵坐标表示加速度a，横坐 标表示小车与砝码的总质量的倒数，在坐标平面上根据实 验结果画出相应的点，如果这些点在一条直线上，就证明 加速度与质量成反比,2数据处理(1)把小车在不同力作用下产生的加速度填在下表中：,由以上数据画出它的aF关系图象如图实42所示通过aF关系图象，我们可以得出小车的加速度a与力F成正比,图实42,(2)把不同质量(小车与车内砝码的总质量)的小车在相同力作 用下产生的加速度填在下表中：,由以上数据画出它的am图象及a 图象，如图实43甲、乙所示,图实43,通过am和a 关系图象，我们可以得出小车的加速度a与质量m成反比，与质量的倒数 成正比,五、注意事项1在实验中，小车所受的摩擦力是造成系统误差的一个重 要因素减小这种误差的方法是在长木板的一端垫上小 木块，使其适当倾斜，利用小车重力沿斜面方向的分力 平衡摩擦力2判断小车是否做匀速直线运动，一般可目测，必要时可 以打一条纸带，看上面各点间的距离是否相等,3在本实验中，由于两颗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4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,5为使所作的aF图象和a 图象趋于精确，每个图 都要求至少取5条以上的纸带取一条纸带时，要同时 在纸带上记录相应的小车受的拉力和小车质量的数据，并编号填表6描点作图时，应使尽可能多的点落在直线上，其余的点 均匀分布在直线的两侧，舍去个别误差较大的点,7改变小车的质量或拉力的大小时，改变量应尽可能大 一些，但应满足砝码盘和盘内砝码的总质量远小于小车 和车上砝码的总质量一般来说，砝码盘和盘内砝码的 总质量不超过小车和车上砝码总质量的10%.8称量物体的质量时，应遵守天平的操作规则,六、误差分析1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2因实验原理不完善造成误差，本实验中用小盘和盘中砝 码的总重力代替小车受到的拉力(实际上小车受到的拉力 要小于小盘和盘中砝码的总重力)，存在系统误差,在“验证牛顿运动定律”的实验中，按实验要求安装好器材后，应按一定步骤进行实验，下述操作步骤的安排顺序不尽合理，请将合理的顺序填写在下面的横线上：_(填字母代号),A保持重物的质量不变，在小车里加砝码，测出加速 度，重复几次B保持小车质量不变，改变重物的质量，测出加速度，重复几次C用天平测出小车和重物的质量D平衡摩擦力，使小车近似做匀速直线运动E挂上重物，放进砝码，接通打点计时器的电源，放开 小车，在纸带上打下一系列的点F根据测量的数据，分别画出aF和a 图线,解析利用控制变量法和逐差法分析纸带求加速度，最后处理实验数据，合理的操作顺序应为DCEABF或DCEBAF.,答案见解析,(2009江苏高考)“探究加速度与物体质量、物体受力的关系”的实验装置如图实44甲所示,图实44,(1)在平衡小车与桌面之间摩擦力的过程中，打出了一条纸带如图乙所示计时器打点的时间间隔为0.02 s从比较清晰的点起，每5个点取一个计数点，量出相邻计数点之间的距离该小车的加速度a_m/s2.(结果保留两位有效数字)(2)平衡摩擦力后，将5个相同的砝码都放在小车上挂上砝码盘，然后每次从小车上取一个砝码添加到砝码盘中，测量小车的加速度小车的加速度a与砝码盘中砝码总重力F的实验数据如下表：,请根据实验数据作出aF的关系图象,图实45,(3)根据提供的实验数据作出的aF图线不通过原点请说明主要原因,解析(1)a m/s20.16 m/s2或a m/s20.15 m/s2.(2)如图实46所示,图实46,(3)小车、砝码盘和砝码组成的系统所受合外力为砝码盘和砝码的总重力，而表中数据漏计了砝码盘的重力，导致合力F的测量值小于真实值，aF图线不过原点,答案(1)0.16(0.15也算对)(2)见解析(3)未计入砝码盘的重力,
