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高中物理人教版 (新课标)必修13 牛顿第二定律多媒体教学课件ppt
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这是一份高中物理人教版 (新课标)必修13 牛顿第二定律多媒体教学课件ppt，共56页。PPT课件主要包含了答案见解析，答案D等内容，欢迎下载使用。
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(如图实－4－1)
(1)用天平测量小盘的质量m0和小车的质量M0.(2)把一端附有滑轮的长木板放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面，把打点计时器固定在长木板上远离滑轮的一端，连接好电路．(3)平衡摩擦力：小车的尾部挂上纸带，纸带穿过打点计时器的限位孔，将木板无滑轮的一端稍微垫高一些，使小车在不挂小盘和砝码的情况下，能沿木板做匀速直线运动．这样小车所受重力沿木板的分力与小车所受摩擦力平衡．在保证小盘和砝码的质量远小于小车
质量的条件下，可以近似认为小盘和砝码的总重力大小等于小车所受的合外力的大小．(4)把小车停在打点计时器处，挂上小盘和砝码，先接通电源，再让小车拖着纸带在木板上匀加速下滑，打出一条纸带．(5)改变小盘内砝码的个数，重复步骤4，并多做几次．(6)保持小盘内的砝码个数不变，在小车上放上砝码改变小车的质量，让小车在木板上滑动打出纸带．(7)改变小车上砝码的个数，重复步骤6.
2．数据处理(1)计算保持小车质量不变时，各次小盘和砝码的重力(作为小车的合力)及对应纸带的加速度填入表(一)中．表(一)
(2)计算保持小盘内的砝码个数不变时，各次小车和砝码的总质量及对应纸带的加速度，填入表(二)中．表(二)
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．
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．
[例1] 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
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.
[例2] (2011·成都模拟)某实验小组利用如图实－4－2所示的实验装置来探究当合外力一定时，物体运动的加速度与其质量之间的关系． ( )
(1)由图中刻度尺读出两个光电门中心之间的距离x＝24 cm，由图实－4－3中游标卡尺测得遮光条的宽度d＝________ cm.该实验小组在做实验时，将滑块从图实－4－2所示位置由静止释放，由数字计时器可以读出遮光条通过光电门1的时间Δt1，遮光条通过光电门2的时间Δt2，则滑块经过光电门1时的瞬时速度的表达式v1＝________，滑块经过光电门2时的瞬时速度的表达式v2＝________，则滑块的加速度的表达式a＝________.(以上表达式均用字母表示)
(2)在本次实验中，实验小组通过改变滑块质量总共做了6组实验，得到如表所示的实验数据．通过分析表中数据后，你得出的结论是__________________.
(3)现需通过图象进一步验证你的结论，请利用表格数据，在图实－4－4坐标系中描点作出相应图象．
(2)在合外力不变的情况下，在误差允许的范围内，物体运动的加速度跟物体的质量成反比．(3)如图实－4－5所示
1．关于“验证牛顿运动定律”的实验，下列说法中符合实际的是 ( )A．通过同时改变小车的质量m及受到的拉力F的研究，能归纳出加速度、力、质量三者之间的关系B．通过保持小车质量不变，只改变小车的拉力的研究，就可以归纳出加速度、力、质量三者之间的关系
C．通过保持小车受力不变，只改变小车质量的研究，就可以得出加速度、力、质量三者之间的关系D．先不改变小车质量，研究加速度与力的关系；再不改变受力，研究加速度与质量的关系，最后归纳出加速度、力、质量三者之间的关系
解析：验证牛顿运动定律的实验，是利用控制变量法，探究加速度a与合外力F、物体质量m的关系，故D项正确．
2．(2011·宿州模拟)如图实－4－6所示，在探究牛顿运动定律的演示实验中，若1、2两个相同的小车所受拉力分别为F1、F2，车中所放砝码的质量分别为m1、m2，打开夹子后经过相同的时间两车的位移分别为x1、x2，则在实验误差允许的范围内，有 ( )
A．当m1＝m2、F1＝F2时，x1＝2x2B．当m1＝m2、F1＝2F2时，x2＝2x1C．当m1＝2m2、F1＝F2时，x1＝2x2D．当m1＝2m2、F1＝F2时，x2＝2x1
3．如图实－4－7(甲)所示为实验中用打点计时器打出的一条较理想的纸带，纸带上A、B、C、D、E、F、G为七个相邻的计数点，相邻计数点间的时间间隔是0.1 s，距离如图，单位是cm，小车的加速度是________ m/s2.在验证质量一定时，加速度a和合外力F的关系时，某学生根据实验数据作出了如图(乙)所示的a－F图象，该图线不过原点，其原因是______________________________________________________________________________.
答案：1.59 平衡摩擦力过度
4．如图实－4－8为“用DIS(位移传感器、数据采集器、计算机)研究加速度与力的关系”的实验装置．
(1)在该实验中必须采用控制变量法，应保持________不变，用钩码所受的重力作为________，用DIS测小车的加速度．(2)改变所挂钩码的数量，多次重复测量．在某次实验中根据测得的多组数据可画出a－F关系图线(如图实－4－9所示)．①分析此图线的OA段可得出的实验结论是_______________________________________________________________.
②(单选题)此图线的AB段明显偏离直线，造成此误差的主要原因是 .A．小车与轨道之间存在摩擦B．导轨保持了水平状态C．所挂钩码的总质量太大D．所用小车的质量太大
答案：(1)小车的总质量(或：小车的质量)小车所受外力(或：外力、合外力)(2)①在质量不变的条件下，加速度与合外力成正比②C
5．在验证牛顿第二定律的实验中，采用如图实－4－10所示的实验装置，小车及车中砝码的质量用M表示，盘及盘中砝码的质量用m表示，小车的加速度可由小车后拖动的纸带由打点计时器打上的点计算出．(1)当M与m的大小关系满足________时，才可以认为绳对小车的拉力大小等于盘及盘中砝码的重力．
(2)一同学在做加速度与质量的关系实验时，保持盘及盘中砝码的质量一定，改变小车及车中砝码的质量，测出相应的加速度，采用图象法处理数据．为了比较容易地确定出加速度a与质量M的关系，应该作a与________的图象．(3)如图实－4－11(a)所示为甲同学根据测量数据作出的a－F图线，说明实验存在的问题是______________________．
(4)乙、丙同学用同一装置做实验，画出了各自得到的a－F图线如图实－4－11(b)所示，两个同学做实验时的哪一个物理量取值不同？________________________________________________________________________.
(4)乙、丙同学用同一装置做实验，画出了各自得到的a－F图线，两图象的斜率不同，说明两个同学做实验时的小车及车上砝码的总质量不同．
答案：(1)M≫m (2)1/M(3)没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够(4)小车及车上的砝码的总质量不同
6．(2010·江苏高考)为了探究受到空气阻力时，物体运动速度随时间的变化规律，某同学采用了“加速度与物体质量、物体受力关系”的实验装置(如图实－4－12所示)．实验时，平衡小车与木板之间的摩擦力后，在小车上安装一薄板，以增大空气对小车运动的阻力．
(1)往砝码盘中加入一小砝码，在释放小车________(选填“之前”或“之后”)接通打点计时器的电源，在纸带上打出一系列的点．(2)从纸带上选取若干计数点进行测量，得出各计数点的时间t与速度v的数据如下表：
请根据实验数据作出小车的v－t图象．
(3)通过对实验结果的分析，该同学认为：随着运动速度的增加，小车所受的空气阻力将变大．你是否同意他的观点？请根据v－t图象简要阐述理由．
解析：本题主要考查基本仪器的使用和实验数据的处理，意在考查考生的探究能力和运用图象法处理数据的能力．(1)打点计时器的使用是先接通电源，再松开纸带，所以应在释放小车之前接通打点计时器．(2)根据t轴上的比例标度取每一大格为0.5 s；根据速度v的数据，v轴上的比例标度取每一大格为0.05 m/s；然后描点、光滑连线，得到一条斜率越来越小的曲线．(3)因为斜率表示小车加速度的大小，斜率越来越小，说明小车的加速度越来越小，根据牛顿第二定律得出小车所受的阻力越来越大，因此同意该同学的观点．
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(如图实－4－1)
(1)用天平测量小盘的质量m0和小车的质量M0.(2)把一端附有滑轮的长木板放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面，把打点计时器固定在长木板上远离滑轮的一端，连接好电路．(3)平衡摩擦力：小车的尾部挂上纸带，纸带穿过打点计时器的限位孔，将木板无滑轮的一端稍微垫高一些，使小车在不挂小盘和砝码的情况下，能沿木板做匀速直线运动．这样小车所受重力沿木板的分力与小车所受摩擦力平衡．在保证小盘和砝码的质量远小于小车
质量的条件下，可以近似认为小盘和砝码的总重力大小等于小车所受的合外力的大小．(4)把小车停在打点计时器处，挂上小盘和砝码，先接通电源，再让小车拖着纸带在木板上匀加速下滑，打出一条纸带．(5)改变小盘内砝码的个数，重复步骤4，并多做几次．(6)保持小盘内的砝码个数不变，在小车上放上砝码改变小车的质量，让小车在木板上滑动打出纸带．(7)改变小车上砝码的个数，重复步骤6.
2．数据处理(1)计算保持小车质量不变时，各次小盘和砝码的重力(作为小车的合力)及对应纸带的加速度填入表(一)中．表(一)
(2)计算保持小盘内的砝码个数不变时，各次小车和砝码的总质量及对应纸带的加速度，填入表(二)中．表(二)
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．
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．
[例1] 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
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.
[例2] (2011·成都模拟)某实验小组利用如图实－4－2所示的实验装置来探究当合外力一定时，物体运动的加速度与其质量之间的关系． ( )
(1)由图中刻度尺读出两个光电门中心之间的距离x＝24 cm，由图实－4－3中游标卡尺测得遮光条的宽度d＝________ cm.该实验小组在做实验时，将滑块从图实－4－2所示位置由静止释放，由数字计时器可以读出遮光条通过光电门1的时间Δt1，遮光条通过光电门2的时间Δt2，则滑块经过光电门1时的瞬时速度的表达式v1＝________，滑块经过光电门2时的瞬时速度的表达式v2＝________，则滑块的加速度的表达式a＝________.(以上表达式均用字母表示)
(2)在本次实验中，实验小组通过改变滑块质量总共做了6组实验，得到如表所示的实验数据．通过分析表中数据后，你得出的结论是__________________.
(3)现需通过图象进一步验证你的结论，请利用表格数据，在图实－4－4坐标系中描点作出相应图象．
(2)在合外力不变的情况下，在误差允许的范围内，物体运动的加速度跟物体的质量成反比．(3)如图实－4－5所示
1．关于“验证牛顿运动定律”的实验，下列说法中符合实际的是 ( )A．通过同时改变小车的质量m及受到的拉力F的研究，能归纳出加速度、力、质量三者之间的关系B．通过保持小车质量不变，只改变小车的拉力的研究，就可以归纳出加速度、力、质量三者之间的关系
C．通过保持小车受力不变，只改变小车质量的研究，就可以得出加速度、力、质量三者之间的关系D．先不改变小车质量，研究加速度与力的关系；再不改变受力，研究加速度与质量的关系，最后归纳出加速度、力、质量三者之间的关系
解析：验证牛顿运动定律的实验，是利用控制变量法，探究加速度a与合外力F、物体质量m的关系，故D项正确．
2．(2011·宿州模拟)如图实－4－6所示，在探究牛顿运动定律的演示实验中，若1、2两个相同的小车所受拉力分别为F1、F2，车中所放砝码的质量分别为m1、m2，打开夹子后经过相同的时间两车的位移分别为x1、x2，则在实验误差允许的范围内，有 ( )
A．当m1＝m2、F1＝F2时，x1＝2x2B．当m1＝m2、F1＝2F2时，x2＝2x1C．当m1＝2m2、F1＝F2时，x1＝2x2D．当m1＝2m2、F1＝F2时，x2＝2x1
3．如图实－4－7(甲)所示为实验中用打点计时器打出的一条较理想的纸带，纸带上A、B、C、D、E、F、G为七个相邻的计数点，相邻计数点间的时间间隔是0.1 s，距离如图，单位是cm，小车的加速度是________ m/s2.在验证质量一定时，加速度a和合外力F的关系时，某学生根据实验数据作出了如图(乙)所示的a－F图象，该图线不过原点，其原因是______________________________________________________________________________.
答案：1.59 平衡摩擦力过度
4．如图实－4－8为“用DIS(位移传感器、数据采集器、计算机)研究加速度与力的关系”的实验装置．
(1)在该实验中必须采用控制变量法，应保持________不变，用钩码所受的重力作为________，用DIS测小车的加速度．(2)改变所挂钩码的数量，多次重复测量．在某次实验中根据测得的多组数据可画出a－F关系图线(如图实－4－9所示)．①分析此图线的OA段可得出的实验结论是_______________________________________________________________.
②(单选题)此图线的AB段明显偏离直线，造成此误差的主要原因是 .A．小车与轨道之间存在摩擦B．导轨保持了水平状态C．所挂钩码的总质量太大D．所用小车的质量太大
答案：(1)小车的总质量(或：小车的质量)小车所受外力(或：外力、合外力)(2)①在质量不变的条件下，加速度与合外力成正比②C
5．在验证牛顿第二定律的实验中，采用如图实－4－10所示的实验装置，小车及车中砝码的质量用M表示，盘及盘中砝码的质量用m表示，小车的加速度可由小车后拖动的纸带由打点计时器打上的点计算出．(1)当M与m的大小关系满足________时，才可以认为绳对小车的拉力大小等于盘及盘中砝码的重力．
(2)一同学在做加速度与质量的关系实验时，保持盘及盘中砝码的质量一定，改变小车及车中砝码的质量，测出相应的加速度，采用图象法处理数据．为了比较容易地确定出加速度a与质量M的关系，应该作a与________的图象．(3)如图实－4－11(a)所示为甲同学根据测量数据作出的a－F图线，说明实验存在的问题是______________________．
(4)乙、丙同学用同一装置做实验，画出了各自得到的a－F图线如图实－4－11(b)所示，两个同学做实验时的哪一个物理量取值不同？________________________________________________________________________.
(4)乙、丙同学用同一装置做实验，画出了各自得到的a－F图线，两图象的斜率不同，说明两个同学做实验时的小车及车上砝码的总质量不同．
答案：(1)M≫m (2)1/M(3)没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够(4)小车及车上的砝码的总质量不同
6．(2010·江苏高考)为了探究受到空气阻力时，物体运动速度随时间的变化规律，某同学采用了“加速度与物体质量、物体受力关系”的实验装置(如图实－4－12所示)．实验时，平衡小车与木板之间的摩擦力后，在小车上安装一薄板，以增大空气对小车运动的阻力．
(1)往砝码盘中加入一小砝码，在释放小车________(选填“之前”或“之后”)接通打点计时器的电源，在纸带上打出一系列的点．(2)从纸带上选取若干计数点进行测量，得出各计数点的时间t与速度v的数据如下表：
请根据实验数据作出小车的v－t图象．
(3)通过对实验结果的分析，该同学认为：随着运动速度的增加，小车所受的空气阻力将变大．你是否同意他的观点？请根据v－t图象简要阐述理由．
解析：本题主要考查基本仪器的使用和实验数据的处理，意在考查考生的探究能力和运用图象法处理数据的能力．(1)打点计时器的使用是先接通电源，再松开纸带，所以应在释放小车之前接通打点计时器．(2)根据t轴上的比例标度取每一大格为0.5 s；根据速度v的数据，v轴上的比例标度取每一大格为0.05 m/s；然后描点、光滑连线，得到一条斜率越来越小的曲线．(3)因为斜率表示小车加速度的大小，斜率越来越小，说明小车的加速度越来越小，根据牛顿第二定律得出小车所受的阻力越来越大，因此同意该同学的观点．
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