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永嘉中学研究性学习牛顿第二定律改进实验指导学科:物理小组成员:**日期:2010-5-15牛顿第二定律实验改进——论文分析成员分工:组长:**演讲者:**PPT制作者:***资料收集者:**资料整理者:**撰写者:**资料保管者:*****指导老师:***摘要:现在的物理实验仪器不断地向高精度化方向发展。利用气垫导轨和数字计时器要比用斜面小车和打点计时器做“验证牛顿第二定律”的实验精确度提高了很多。但是,我们在实验中发现,为进一步提高实验精度,减小误差,还有可以改进的地方。那就是在改变力或质量时应考虑运动系统(滑块及附件,砝码和砝码盘等)的总质量。关键词:牛顿第二定律改进实验研究对象:牛顿第二定律实验研究时间:2009年10月份——2010年5月份研究起因:书本上关于牛顿第二定律的实验存在一定的不足,需要改进。研究目的:探究加速度、力和质量三者间的关系方案设计:材料:气垫导轨、数字计时器、斜面、小车、打点计时器、砝码、天平、橡皮泥(或粉笔头)实验方法:①利用控制变量法研究力、质量和加速度三者间的关系。在质量不变的前提下,讨论力量和加速度的关系。②只有在砝码质量远远小于小车的质量的前提下,小车所受的拉力才近似地认为等于砝码的重力,这是实验条件的保证。③利用代替法通过比较小车的位移来反映小车加速度的大小,这是数据的处理方法,根据公式可知,在相同时间内,物体产生加速度之比等于位移之比。实验操作:1、加速度和力关系利用控制变量法,使系统总质量不变。砝码质量远小于小车质量首先,我们将所气垫导轨及计时器调整好,再取两个10克的砝码,一个放在砝码盘中,另一个用塑料胶带固定在滑块上,这样实验一次。然后,我们钭滑坡上的砝码和橡皮泥移到砝码盘中,使拉力变为原来的2倍,但质量不变,这样再实验一次。结论:小车质量相同时,小车产生的加速度a与作用在小车上的力F成正比,即a∞F,且a的方向与F的方向相同。2、加速度和质量的关系在研究加速度和质量的关系时,为了研究方便,我们第二次实验的质量是第一次实验的2倍。在改变质量时,如果只使滑块的质量增大一倍,那么系统的总质量并不是原来的两倍,因此会产生一定的误差。为了减小误差,我们采取了如下做法:首先,我们将仪器调整好后,在砝码盘中放上10克的砝码实验一次,然后在滑块上加上配重器件(橡皮泥),使滑块的质量等于原来的2倍,拉力保持不变,这样再实验一次。实践证明,经过这样改进后的实验结果很理想,误差较小。实验次数12345外力F(N)0.10.10.10.10.1质量m(㎏)0.240.280.3370.440.48位移x1(m)0.040.040.040.040.04位移x2(m)0.040.040.040.040.04位移x(m)0.50.50.50.50.5时间t1(s)0.10.0950.1020.2510.17实验次数1234质量m(㎏)0.25150.25150.25150.2515合外力F(N)0.210.1450.120.05位移x1(m)0.040.040.040.04位移x2(m)0.040.040.040.04位移x(m)0.50.50.50.5时间t1(s)0.0640.0740.080.122时间t2(s)0.0390.0470.050.076速度v1(m/s)0.6250.54054050.50.327869速度v2(m/s)1.0256410.85106380.80.526316加速度a(m/s2)0.66131450.43212560.390.16951F/m0.83499010.57654080.4771370.198807时间t2(s)0.0580.0580.0640.2060.12速度v1(m/s)0.40.42105260.39215690.15936250.2352941速度v2(m/s)0.68965520.68965520.6250.19417480.3333333加速度a(m/s2)0.31562430.29833890.2368380.01230740.0557478F/m0.41666670.35714290.29673590.22727270.2083333实验结论:在相同的力下的作用下,小车产生的加速度a与小车的质量成反比,既a∞实验改进:原实验的操作方法是用子夹住两小车尾部的细绳。打开夹子,两车同时运动。关闭夹子,使两车同时停止。但是这点却很难做到。实验时,小车尾部的绳子在夹子口处有一个拐点,小车开始运动后,尾部的两根绳子都会向夹口的外侧移动,再闭合夹子时绳子却尖夹口的范围内。因此,做成的这个实验是比较困难的,即使能夹住绳子,由于夹子右侧的细绳向外倾斜,所打的点偏离原来的位置,致使两车发生位移的测试偏差较大。其次,由于夹子平放木板上,使夹口处比水平绳子高度低,致使细绳略微向下凹,当夹子张开时,此处绳子会上下振动,将影响其水平移动,也会造成实验误差。改进后:我们把装置框架做成上下放置的,改变基本上的左右并列放置,这样更便于观察,为了杜绝夹子口与线绳的摩擦对实验造成的影响,换去大夹子,改用强电磁铁控制小车的启动。该电磁铁用绝缘塑料夹固定在木板上,并在小车尾部卡上一铁片,电磁铁用直流电路控制。闭合开关,电磁铁吸住小车,使小车静止。断开开关,电磁铁失去磁性,在砝码及砝码盘拉力的作用下,小车运动。而且小车尾部的线绳不受摩擦,拖动纸带运动,使打点计时器所打的点较准确,从而减小了实验误差。归纳总结:①实验结论:物体的加速度跟作用成正比,跟物体的质量成反比,加速度跟引起这个加速度的方法相同。②要注意的是:当物体的质量m一定时,物体所受合外力下与物体的加速度a是成正比的是错误的,因为是合力决定加速度。但当说是物体的质量m一定时,物价的加速度a与物体所受合外力F成正比时则是正确的。1m附件心得总结通过这次的探究实验,我们感觉到了实验的重要性,凡事多动手,这才会使我们对知识的理解更加透彻,并在此基础之上发现新事物。回想我们所做的一切,确立研究目的,设计方案,小组成员的分工,查阅资料,新手实践,遇列问题,解决问题,这一切都历历在目,让我记忆犹新。在我们遇到问题时,才知道先人能够发现这个问题的不容易;在我们动手操作时,才了解先人证明这一理论的艰辛!(一)十七世纪,在那个科学技术,科研工具较为落后的时代,物理学家牛顿发现了自然界普遍存在的规律,即牛顿运动定律。牛顿运动定律的发现在运动学上有极为重要的地位。它的发现不仅促进了当时科技的发展,更是将一个美丽、神奇的世界呈现在世人面前!今天,三百多年后的今天,我们将循着这位伟人走过的路,去再一次“发现”牛顿运动定律。我们首先便要先去“发现”牛顿第二定律。牛顿第二定律,即定量描述物体质量,物体所拥有的加速度及物体受力情况之间关系的运动定律。我们的任务便是验证牛顿第二定律。别看牛顿第二定律数学表达式只是F=ma,可是想要验证它却极为困难。首先,从公式可以知道牛二定律至少与三个量有关F(受力)、m(质量)、a(加速度),而这三个量中只有m可以简单测出,F与a都是不可以直接测出的,只能通过计算、分析间接求得。第二点,便是测量上。虽说我们明确了实验方向,可是操作依然十分困难。在实验中,我们需要控制好变量,任何一个变量的变化都可能导致实验失败。而且由于与运动有关,实验往往在数秒之内便结束了,有关数据的测量十分困难。第三点,便是数据的整理。由于实验时间短,得到的数据十分小。这为我们的实验又加了一道难题。大致上,主要的难关就只有以上3点了。因为实验十分困难,我们查阅了大量的资料,将前人的思想精髓加以吸收利用,同时更加明确了实验时可能出现的困难。查阅大量资料后,我们找到了我们自己的方案。这套方案可以让我们在实验器材较为简陋的情况下,较为精确地验证牛二定律。但它也并非完美,仍然存在缺陷。虽然我们已经提出实验方案,但由于时间、精力等诸多原因,我们并没有验证我们的方案。我们的研究到此便告一段落。通过这次研究,我难以想象牛顿是怎样发现牛二定律!要知道我们有明确的实验方向,有大量前人的经验,还有更为精确的仪器!而牛顿他事先并不知道F=ma,前人的经验更是少得可怜,仪器也要简陋的多。我这才第一次体会到科学研究的困难。科研工作不是一朝一夕的事,它需要的是日复一日的坚持,不断思考的大脑,不到长城非好汉的执着……通过这次研究性学习,我第一次产生了了解他们,加入他们的想法。(二)研究性学习,刚开始对于我们都是个新鲜的名词。因为毕竟我们在初中时期都没有接触甚至提到过这个。也就是说,这门新课程对于我们是一次新的尝试与实践。我是研究牛顿第二定律实验改进小组成员中一位。我们为了说得方便,把牛顿第二定律简称牛二。因为我是制作PPT的,当然我的收获就是更加熟练的掌握了制作ppt的技巧以及了解了更多关于牛二的知识。真是受益匪浅啊!谈谈我们的ppt吧。我们制作的第一次展示的ppt,里面的步骤顺序都很一般,只是背景及内容与其他小组不同罢了。好像没什么特别的。后来借鉴了一些其他组较好的东西,于是做出了第二次展示的ppt,但出现了一些错误。背景颜色效果不好,没有把字在屏幕上清楚的显示出来。对此,我感到失落、恐慌,有些害怕下次的ppt。这次制作的ppt我在字上尽量小心。我着重显示内容,背景也换淡了以免影响字的清晰度,能让人更好的把视线投入到我们所研究的内容上来。再谈谈我们的牛二。因为我们研究的重点就是它,所以我们首先就是要了解它。因为物理有学有关它的内容,所以就不会感到离我们很遥远。当然除此之外,我们在网上也查找了大量有关牛二的资料,这也为我们的研究提供了借鉴。这是初步的了解。最后,我们在实验中又更进一步的了解了它。在实验的过程中,让我们也做了回“牛顿”,从而更加深切的体会了牛顿的伟大。虽然我们在实验中也遇到的一些困难,但还是被我们聪明的成员给解决了。可是遗憾的是,最后成功做好实验前照相机没电了,只拍了几张我们实验准备的照片,也没拍录像。总之,这次研究性学习中我们学到了很多,也增强了我们同学之间的友谊。最重要的是,我们都在实践中成长了,也增强了我们的责任意识,是个一举多得的很好的课程。(三)参与这次研究性学习我学到了很多。刚开始我认为这会很难。那时我们还没有学到牛二定律。我有些担心我们完不成。但是事实证明通过我们的努力,团结合作。我们完成好了开题报告等。研究中我也学到了很多不仅知道了要团结合作而且对实验有了更深一层的理解。这对学习很有帮助。这次研究性学习中大家都是分工合作的。但大家没有各管个的。每个人都为此付出了努力那是我们共同努力的结果。原先我认为物理是非常枯燥无聊的。但是经历了这次我发现物理也是很有意思的。有时候我们学习不仅要动手还要动脑。实验时我们碰到了很多困难。比如实验材料不齐全少了细线。于是我们在实验室里找了很久。皇天不负有心人。终于我们在实验室里终于找到了细线。这一过程说明了做什么事都要努力想办法结决。我忽然想到牛顿做实验时是否也碰到了一些困难呢那时牛顿又是怎么做的。可见一个小实验也不是那么容易的。所以我们要认真对待每一件事。我们实验是关于实验方案的改进。任何一个实验都不是完美我们要做的就是不断追求完美同时要持谨慎的态度。没有最好只有更好。时间过得好快研究性学习都快结束了。记得我们是上学期开始的都快一年了。我从收获了很多。最后希望能取得好成绩。(四)随着科学技术的发展,物理时时刻刻都在我们的生活中体现着,发挥着巨大的作用,我们小组研究的主题是“牛顿第二定律的改进实验”。牛顿第二定律F=ma是经典力学中的重要定律。1687年牛顿发表了力学巨著《自然哲学的数学原理》,标志着牛顿第二定律的诞生,100年后的1784年,英国人阿特伍德设计出了被称为阿特伍德机的实验装置,成功地验证了牛顿第二定律。我们小组认为教材中的实验还存在以下不足:(1)操作不便.该装置要求人工控制两辆小车,使它们同时开始运动和停止运动,操作者稍有不慎,小车就会冲出木板,撞上定滑轮,影响实验效果.(2)阻力影响大.小车与木板的摩擦力、小车后端细绳所受的阻力,都对实验影响很大.(3)误导学生.在处理数据时,该实验将小车
本文标题:研究性学习的论文(整)有关牛二的实验
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