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。
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
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:
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