第4講實驗四驗證牛頓運動定律 誤差分析1 因?qū)嶒炘聿煌晟埔鸬恼`差本實驗用小盤和砝碼的總重力mg代替小車的拉力 而實際上小車所受的拉力要小于小盤和砝碼的總重力 2 摩擦力平衡不準確 質(zhì)量測量不準確 計數(shù)點間距測量不準確 紙帶和細繩不嚴格與木板平行都會引起誤差 注意事項1 實驗方法 控制變量法 2 平衡摩擦力 在平衡摩擦力時 不要懸掛小盤 但小車應連著紙帶且接通電源 用手給小車一個初速度 如果在紙帶上打出的點的間隔是均勻的 表明小車受到的阻力跟它的重力沿斜面向下的分力平衡 3 不重復平衡摩擦力 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 4 實驗條件 m m 只有如此 小盤和砝碼的總重力才可視為小車受到的拉力 5 一先一后一按 改變拉力和小車質(zhì)量后 每次開始時小車應盡量靠近打點計時器 并應先接通電源 后放開小車 且應在小車到達滑輪前按住小車 6 作圖 作圖時兩軸標度比例要適當 各量須采用國際單位 這樣作圖線時 坐標點間距不至于過密 誤差會小些 熱點對實驗過程及實驗數(shù)據(jù)處理的考查 典例1 2012 大綱全國卷 23 如圖3 4 1為驗證牛頓第二定律的實驗裝置示意圖 圖中打點計時器的電源為50Hz的交流電源 打點的時間間隔用 t表示 在小車質(zhì)量未知的情況下 某同學設(shè)計了一種方法用來探究 在外力一定的條件下 物體的加速度與其質(zhì)量間的關(guān)系 圖3 4 1 1 完成下列實驗步驟中的填空 平衡小車所受的阻力 小吊盤中不放物塊 調(diào)整木板右端的高度 用手輕撥小車 直到打點計時器打出一系列 的點 按住小車 在小吊盤中放入適當質(zhì)量的物塊 在小車中放入砝碼 打開打點計時器電源 釋放小車 獲得帶有點列的紙帶 在紙帶上標出小車中砝碼的質(zhì)量m 按住小車 改變小車中砝碼的質(zhì)量 重復步驟 2 完成下列填空 本實驗中 為了保證在改變小車中砝碼的質(zhì)量時 小車所受的拉力近似不變 小吊盤和盤中物塊的質(zhì)量之和應滿足的條件是 設(shè)紙帶上三個相鄰計數(shù)點的間距分別為s1 s2和s3 a可用s1 s3和 t表示為a 圖3 4 2為用米尺測量某一紙帶上的s1 s3的情況 由圖可讀出s1 mm s3 mm 由此求得加速度的大小a m s2 圖3 4 2圖3 4 3 圖3 4 3為所得實驗圖線的示意圖 設(shè)圖中直線的斜率為k 在縱軸上的截距為b 若牛頓定律成立 則小車受到的拉力為 小車的質(zhì)量為 變式跟蹤1 某同學設(shè)計了一個探究小車的加速度a與小車所受拉力F及質(zhì)量m關(guān)系的實驗 圖3 4 4 a 為實驗裝置簡圖 所用交流電的頻率為50Hz 圖3 4 4 1 為了研究加速度和質(zhì)量的關(guān)系 在實驗中必須采用控制變量法 應保持 不變 用砂桶及砂所受的重力作為 圖 b 為某次實驗得到的紙帶 實驗數(shù)據(jù)如圖 圖中相鄰計數(shù)點之間還有4個點未畫出 根據(jù)紙帶可求出小車的加速度大小為 m s2 保留三位有效數(shù)字 2 在本次實驗中 實驗小組通過改變小車質(zhì)量共做了8組實驗 得到下表所示的實驗數(shù)據(jù) 通過分析表中數(shù)據(jù) 你得出的結(jié)論是 圖3 4 5現(xiàn)需通過圖象進一步驗證你的結(jié)論 可利用表格數(shù)據(jù)作圖 應在坐標紙中畫出 圖線 3 在某次實驗中為研究加速度和力的關(guān)系 根據(jù)測得的多組數(shù)據(jù)可畫出aF關(guān)系圖線 如圖3 4 5所示 此圖線的AB段明顯偏離直線 造成此誤差的主要原因是 A 小車與木板之間存在摩擦B 木板保持了水平狀態(tài)C 所掛砂桶及砂的總質(zhì)量太大D 所用小車的質(zhì)量太大 典例2 如圖3 4 6所示為某同學探究加速度與力和質(zhì)量關(guān)系的實驗裝置 兩個相同質(zhì)量的小車放在光滑水平板上 前端各系一條細繩 繩的一端跨過定滑輪各掛一個小盤 盤中可放砝碼 兩小車后端各系一條細繩 一起被夾子夾著使小車靜止 打開夾子 兩小車同時開始運動 關(guān)上夾子 兩小車同時停下來 用刻度尺測出兩小車的位移 下表是該同學在幾次實驗中記錄的數(shù)據(jù) 圖3 4 6 請回答下述問題 1 在每一次實驗中 甲 乙兩車的位移之比等于 之比 請簡要說明實驗原理 2 第一次實驗控制了 不變 在實驗誤差允許范圍內(nèi)可得出的結(jié)論是 3 第二次實驗控制了 不變 在實驗誤差允許范圍內(nèi)可得出的結(jié)論是 4 第三次實驗時 該同學先測量了甲車的位移 再根據(jù)前兩次實驗結(jié)論 計算出乙車應該發(fā)生的位移 然后再測量了乙車的位移 結(jié)果他高興地發(fā)現(xiàn) 理論的預言與實際符合得相當好 請問 他計算出的乙車位移應該是 答案 1 加速度見解析 2 小車質(zhì)量小車加速度與拉力成正比 3 小車所受拉力小車加速度與質(zhì)量成反比 4 30cm 變式跟蹤2 2012 蘇北四市調(diào)研 某實驗小組利用如圖3 4 7甲所示的氣墊導軌實驗裝置來探究合力一定時 物體的加速度與質(zhì)量之間的關(guān)系 1 做實驗時 將滑塊從圖甲所示位置由靜止釋放 由數(shù)字計時器 圖中未畫出 可讀出遮光條通過光電門1 2的時間分別為 t1 t2 用刻度尺測得兩個光電門中心之間的距離x 用游標卡尺測得遮光條寬度d 則滑塊經(jīng)過光電門1時的速度表達式v1 經(jīng)過光電門2時的速度表達式v2 滑塊加速度的表達式a 以上表達式均用已知字母表示 如圖乙所示 若用20分度的游標卡尺測量遮光條的寬度 其讀數(shù)為 mm 圖3 4 7 2 為了保持滑塊所受的合力不變 可改變滑塊質(zhì)量M和氣墊導軌右端高度h 見圖甲 關(guān)于 改變滑塊質(zhì)量M和氣墊導軌右端的高度h 的正確操作方法是 A M增大時 h增大 以保持二者乘積增大B M增大時 h減小 以保持二者乘積不變C M減小時 h增大 以保持二者乘積增大D M減小時 h減小 以保持二者乘積減小 見Word版隨堂基礎(chǔ)演練