教學課題：驗證牛頓第二定律

時間

教學目標：1、掌握實驗目的、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、會用圖象處理結果

教學重點：實驗原理及步驟

教學難點：引起誤差的原因

教學器材：

教學過程：

教學隨筆

一.實驗原理

實驗裝置如圖。

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

當系統(tǒng)做加速運動時，有：

              a=mg/(M+m)

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

當M〉〉m時，T≈mg。

故可通過改變砂桶中細砂的質(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，改變砂桶中細砂的質(zhì)量，測出相應的加速度，驗證當M一定時，a與F與關系。

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

三.數(shù)據(jù)記錄及處理

1.實驗中要測定小桶和細砂的總質(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、復寫紙片、細線、低壓直流電源、砝碼、小車、小桶、砂子、墊木、導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，小桶應該用細線通過定滑輪系在小車上，但小桶內(nèi)不能裝砂子。

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

D.    作a-F或a-1/M的圖線時，應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關系如圖線②所示，設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：該題要求學生利用牛頓第二定律培養(yǎng)借助數(shù)學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

   m₁  m₂

 0            t

練習：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：

《金版教程》P103  練習

教學后記：