教案3.3 实验：验证牛顿第二定律.doc

考纲解读: 验证牛顿运动定律考向预测: 探究加速度与力和质量的关系是高中物理的重要实验,验证牛顿运动定律也是高考考查的热点,复习时,注意对实验原理的深刻理解,掌握控制变量法的应用. 知识梳理: 一、实验目的 1 .学会用________ 法研究物理规律; 2 .验证______________ ; 3 .掌握利用_______ 处理数据的方法. 二、实验原理与方法 1. 验证牛顿运动定律的实验依据是牛顿运动定律,即_______ , 当研究对象有两个以上的参量发生变化时,设法控制某些参量使之不变,而研究另外两个参量之间的变化关系的方法叫____________ 本实验中有力 F、质量 M 和加速度 a 三个变量,研究加速度 a 与F及M 的关系时,先控制______ 不变,讨论加速度 a 与力 F 的关系;然后再控制______ 不变,讨论加速度 a 与质量 M 的关系. 2. 实验中需要测量的物理量和测量方法是:小车及砝码的总质量 M ;用______ 测出. 小车受到的拉力 F 认为等于____________ 的总重力 mg. Ⅰ控制变量牛顿第二定律图象 F= Ma 控制变量法. 质量 M力F 天平托盘和砝码小车的加速度 a 利用纸带根据____________ 计算. 三、实验器材___________ 、纸带、复写纸片、小车、一端附有定滑轮的长木板、重物、夹子、细绳、____________ 、导线、天平( 带有一套砝码)、______ 、砝码. 四、实验步骤及数据处理Δs= aT 2 打点计时器低压交流电源刻度尺 1. 用天平测出小车和砝码的总质量M, 小盘和砝码的总质量 m ,把数值记录下来. 2 .按如图所示把实验器材安装好, 只是不把悬挂小盘的细绳系在车上, 即不给小车加牵引力. 3. 平衡摩擦力: ,直至小车在斜面上运动时可以保持匀速直线运动状态. 这时, 小车拖着纸带运动时受到的摩擦阻力恰好与小车所受的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, 打完点后切断电源,取下纸带,在纸带上标上纸带号码. 5 .保持小车和砝码的质量不变,在小盘里放入适量的砝码,把小盘和砝码的总质量 m′记录下来,重复步骤 4. 在小桶内再放入适量砝码,记录下小盘和砝码的总质量 m″,再重复步骤 4. 6. 重复步骤 5 两次, 得到三条纸带. 7. 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. 8. 用纵坐标表示加速度 a, 横坐标表示作用力 F ,作用力的大小 F 等于小盘和砝码的总重力,根据实验结果在坐标平面上画出相应的点,如果这些点是在一条过原点的直线上,便证明了加速度与作用力成正比. 9 .保持小盘和砝码的质量不变,在小车上加砝码,重复上面的实验,用纵坐标表示加速度 a ,横坐标表示小车和砝码总质量的倒数,,就证明了加速度与质量成反比. 思考与讨论 1 若由实验结果画出的小车运动的 a-F 图线是一条并不过原点的直线, 提示: a-F 图线是一条并不过原点的直线,说明 F F 轴上有截距,说明没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足;若图线在 a 轴正向有截距,说明平衡摩擦力过度,此时图线的斜率表示 1M . 由牛顿第二定律可知, a与M 成反比,所以 a-M ,也为了将曲线转化为便于研究的直线,画出 a- 1M 图线,这包含了物理学中化曲为直的思想方法,此时图线的斜率表示 F. 五、注意事项 1 .一定要做好平衡摩擦力的工作, 也就是调出一个合适的斜面,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. 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,并要让小车拖着打点的纸带运动. 2 .实验步骤 2、3 不需要重复,即整个实验平衡了摩擦力后,不管以后是改变小盘和砝码的总质量还是改变说明实验中存在什么问题?图线的斜率有何物理意义?实验中并不画出 a-M 图线, 而是画出 a- 1M 图线, 这包含了哪些物理思想方法? 小车和砝码的总质量,都不需要重新平衡摩擦力. 3. , 小盘和砝码的总重力才可视为小车受到的拉力. 4. 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,且应在小车到达滑轮前按住小车. 5. 作图象时, 要使尽可能多的点分布在