教學(xué)課題:驗證牛頓第二定律

時間

 

教學(xué)目標(biāo):1、掌握實驗?zāi)康、原理、步驟,

2、理解系統(tǒng)誤差的來源和減小系統(tǒng)誤差的方法

3、會用圖象處理結(jié)果

教學(xué)重點:實驗原理及步驟

教學(xué)難點:引起誤差的原因

教學(xué)器材:

教學(xué)過程:

教學(xué)隨筆

 

一.實驗原理

實驗裝置如圖。

用細(xì)線將小車(質(zhì)量記為M)和砂桶(內(nèi)裝有細(xì)砂,總質(zhì)量為m)連接起來,構(gòu)成一個系統(tǒng)。

當(dāng)系統(tǒng)做加速運動時,有:

              a=mg/(M+m)

繩對車的拉力       T=Ma=Mmg/(M+m)=              

當(dāng)M〉〉m時,T≈mg。

故可通過改變砂桶中細(xì)砂的質(zhì)量來改變拉力的大小,從而驗證加速度與拉力的關(guān)系;在小車上添加砝碼來改變小車的質(zhì)量,從而驗證加速度與質(zhì)量的關(guān)系。

二.實驗步驟

1.通過調(diào)節(jié)木板的傾斜程度,用重力沿斜面的分力來平衡摩擦力。

    此時不掛砂桶,但應(yīng)把紙帶在打點計時器的限位孔中穿好。

2.保持小車的質(zhì)量不變,改變砂桶中細(xì)砂的質(zhì)量,測出相應(yīng)的加速度,驗證當(dāng)M一定時,a與F與關(guān)系。

3.保持外力(即砂桶中細(xì)砂的質(zhì)量)不變,在小車上加砝碼,測出相應(yīng)的加速度,優(yōu)證當(dāng)作用力一定時,a與M的關(guān)系。

三.數(shù)據(jù)記錄及處理

1.實驗中要測定小桶和細(xì)砂的總質(zhì)量m,小車及砝碼的總質(zhì)量M。

2.要在紙帶測出小車的位移。

3.用逐差法處理數(shù)據(jù)。

4.用圖象法處理數(shù)據(jù)。

    通過實驗所測得的數(shù)據(jù),畫出a―F圖、a―   圖。

    正確的實驗圖線應(yīng)如圖1、2所示。

 

 

 

 

 

四.誤差分析

1.未滿足M〉〉m這一條件時,會得到圖3所示圖線。

2.未平衡摩擦力,會得到圖4中2所示圖線。

 

   平衡摩擦力過甚,會得到圖4中1所示圖線。

 

五、實驗題

例1、在做“驗證牛頓第三定律”的實驗中

(1)本實驗備有下列器材:打點計時器、秒表、天平(帶有一套砝碼)、紙帶、復(fù)寫紙片、細(xì)線、低壓直流電源、砝碼、小車、小桶、砂子、墊木、導(dǎo)線實驗的研究對象是          。實驗中不需要的器材是           ,缺少的器材是            。

(2)某學(xué)生做:“驗證牛頓第二定律/的實驗在平衡摩擦力時,把長木板的端墊得過高,使得傾角偏大。他所得到a-F關(guān)系可用圖1-11中哪根圖線表示?圖中a是小車的加速度,F是細(xì)線作用于小車的拉力,答:        

(3)本實驗中,下列說法中正確的是

A.    平衡摩擦力時,小車后面的紙帶必須連好,因為運動過程中紙帶也要受到阻力。

B.    平衡摩擦力時,小桶應(yīng)該用細(xì)線通過定滑輪系在小車上,但小桶內(nèi)不能裝砂子。

C.    實驗中應(yīng)該始終保持小車和砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于小桶和砂的總質(zhì)量。

D.    作a-F或a-1/M的圖線時,應(yīng)該使所畫的直線通過盡可能對稱地分布在直線的兩側(cè) ,如遇個別特別遠(yuǎn)離的可舍去。

例2、質(zhì)量為m的物體放在A地的水平面上,用豎直向上的力F拉物體,物體的加速度a與拉力F的關(guān)系如圖線①所示,質(zhì)量為m′的另一物體在B地做類似實驗,測得a-F關(guān)系如圖線②所示,設(shè)兩地的重力加速度分別為g和g′,則  

A.m′>m,g′=g   B.m′<m,g′=g

C.m′=m,g′>g   D.m′=m,g′<g

分析:該題要求學(xué)生利用牛頓第二定律培養(yǎng)借助數(shù)學(xué)圖像分析問題的能力。

在A地,由牛頓第二定律:F-mg=ma  有a=-g=F-g

同理:在B地  a=F-g′

這是一個a關(guān)于F的函數(shù)

 

 (或)表示斜率,-g(或-g′)表示截距

由圖線可知<g=g′故m>m′,g=g′選 項B正確

   v

 

   mm2

 

 0            t

練習(xí):在“驗證牛頓第二定律”的實驗中,不改變小車和砝碼的總質(zhì)量,只改變小桶中砂的質(zhì)量。當(dāng)砂的質(zhì)量分別為m1、m2時,小車運動的v―t圖象如圖所示,則m1與m2相比:

A、m1=m2;    B、m1>m2;

C、m1<m2;    D、無法確定。

解:由圖,a1>a2。

       a=mg/(M+m)=

m越小,a越小。

B正確。

課堂練習(xí):

《金版教程》P103  練習(xí)

 

 

 

教學(xué)后記:


同步練習(xí)冊答案