“探究牛頓第二定律實驗”

1、【精品文檔】如有侵權(quán)，請聯(lián)系網(wǎng)站刪除，僅供學習與交流“探究牛頓第二定律實驗”.精品文檔.關(guān)于“驗證牛頓第二定律實驗”的三個問題 問題1. 在“驗證牛頓第二定律”的實驗中，小車包括砝碼的質(zhì)量為什么要遠大于砂和砂桶的總質(zhì)量。 分析：在做 關(guān)系實驗時，用砂和砂桶重力代替了小車所受的拉力F，如圖1所示：圖而砂和砂桶的重力與小車所受的拉力F是并不相等這是產(chǎn)生實驗系統(tǒng)誤差的原因，為此，必須根據(jù)牛頓第二定律分析和F在產(chǎn)生加速度問題上存在的差別實驗時可得到加速度與力的關(guān)系的圖像，如圖2所示，由圖像經(jīng)過原點知，小車所受的摩擦力已被平衡設(shè)小車實際加速度為，由牛頓第二定律可得：圖  即 若視 ，

2、設(shè)這種情況下小車的加速度為 ，則 在本實驗中，M保持不變，與成正比，而實際加速度與成非線性關(guān)系，且越大，圖像斜率越小。理想情況下，加速度與實際加速度差值為    上式可見，取不同值， 不同，越大，越大，當時， ，這就是要求該實驗必須滿足的原因所在由圖還可以可以看出，隨著的增大，加速度的實驗值與理想值之間的差別越來越大.本實驗是因原理不完善引起的誤差，實驗用砂和砂桶的總重力代替小車的拉力，而實際小車所受的拉力要小于砂和砂桶的總重力，這個砂和砂桶的總質(zhì)量越接近小車和砝碼的總質(zhì)量，誤差越大，反之砂和砂桶的總質(zhì)量越小于小車和砝碼的總質(zhì)量，由此引起的誤差就越小即此誤差可因為

3、 而減小，但不可能消去此誤差問題2：在利用打點計時器和小車做“驗證牛頓第二定律”的實驗時，實驗前為什么要平衡摩擦力？應當如何平衡摩擦力？分析：牛頓第二定律表達式 中的F，是物體所受的合外力，在本實驗中，如果不采用一定的辦法平衡小車及紙帶所受的摩擦力，小車所受的合外力就不只是細繩的拉力，而應是細繩的拉力和系統(tǒng)所受的摩擦力的合力因此，在研究加速度a和外力F的關(guān)系時，若不計摩擦力，誤差較大，若計摩擦力，其大小的測量又很困難；在研究加速度a和質(zhì)量m的關(guān)系時，由于隨著小車上的砝碼增加，小車與木板間的摩擦力會增大，小車所受的合外力就會變化（此時長板是水平放置的），不滿足合外力恒定的實驗條件，因此實驗前必須

4、平衡摩擦力圖3應如何平衡摩擦力？怎樣檢查平衡的效果？有人是這樣操作的；把如圖3所示裝置中的長木板的右端墊高一些，使之形成一個斜面，然后把實驗用小車放在長木板上，輕推小車，給小車一個沿斜面向下的初速度，觀察小車的運動情況，看其是否做勻速直線運動如果基本可看作勻速直線運動，就認為平衡效果較好這樣操作有兩個問題，一是在實驗開始以后，阻礙小車運動的阻力不只是小車受到的摩擦力，還有打點計時器限位孔對紙帶的摩擦力及打點時振針對紙帶的阻力在上面的做法中沒有考慮后兩個阻力，二是檢驗平衡效果的方法不當，靠眼睛的直接觀察判斷小車是否做勻速直線運動是很不可靠的正確的做法是。將長木板的末端（如圖中的右端）墊高一些，把

5、小車放在斜面上，輕推小車，給小車一個沿斜面向下的初速度，觀察小車的運動，當用眼睛直接觀察可認為小車做加速度很小的直線運動以后，保持長木板和水平桌面的夾角不動，并裝上打點計時器及紙帶，在小車后拖紙帶，打點計時器開始打點的情況下，給小車一個沿斜面向下的初速度，使小車沿斜面向下運動取下紙帶后，如果在紙帶上打出的點子的間隔基本上均勻，就表明小車受到的阻力跟它的重力沿斜面的分力平衡打點計時器工作時，振針對紙帶的阻力是周期性變化的，所以，難以做到重力沿斜面方向的分力與阻力始終完全平衡，小車的運動也不是嚴格的勻速直線運動，紙帶上的點子間隔也不可能完全均勻，所以上面提到要求基本均勻在實驗前對摩擦力進行了平衡以

6、后，實驗中需在小車上增加或減少砝碼，因此為改變小車對木板的壓力，摩擦力會發(fā)生變化，有沒有必要重新平衡摩擦力？其實由此引起的摩擦力變化是極其微小的，從理論上講，在小車及其砝碼質(zhì)量變化時，由力的分解可知，重力沿斜面向下的分力和垂直斜面方向的分力 （大小等于對斜面的壓力），在斜面傾角不變的情況下是成比例增大或減小的，進而重力沿斜面方向的分力和摩擦力成比例變化，仍能平衡但實際情況是，由于紙帶也受到阻力 ，另外小車的軸與輪的摩擦力也會略有變化，這些對實驗的誤差都會有影響，不過由此產(chǎn)生的誤差很小可忽略不計IIIOF圖4問題.-F圖線出現(xiàn)截距的原因和調(diào)整方法是什么？利用圖4所示裝置做“驗證牛頓第二定律”實驗，甲同學根據(jù)實驗數(shù)據(jù)畫出小車的加速度和小車所受拉力F的圖像為右圖中的直線I，乙同學畫出F圖像為右圖中的直線 II直線I、II在縱軸和橫軸上的截距較大，明顯超出了誤差范圍，出現(xiàn)截距的原因和調(diào)整方法是什么？ 分析：圖像I在縱軸上有較大的截距，說明在繩對小車的拉力F0時（還沒有掛砂桶）時，小車就有了沿長木板向下的加速度。設(shè)長木板與水平桌面間的夾角為,小車所受的重力為,沿長木板向下的分力應為，長木板對小車的摩擦阻力應為，又設(shè)運動系統(tǒng)所受其他阻力為（可視為定值），則應有，在此式中為定值，如果適當減少值，可使減小而增大，實現(xiàn)0,圖像起點回到坐標系原點。圖像I