牛二定律實驗

1、【實驗步驟實驗步驟】1 1、用天平測出小車和小桶的質量、用天平測出小車和小桶的質量MM0 0和和mm0 0，并，并記錄數(shù)值；記錄數(shù)值；2 2、按照要求安裝實驗器材，此時不把懸掛小桶、按照要求安裝實驗器材，此時不把懸掛小桶用的細繩系在車上，即不給小車加牽引力；用的細繩系在車上，即不給小車加牽引力；3 3、平衡摩擦力，在長木板不帶定滑輪的一端下、平衡摩擦力，在長木板不帶定滑輪的一端下面墊薄木板，并反復移動其位置，直到打點計時面墊薄木板，并反復移動其位置，直到打點計時器正常工作后，小車在斜面上的運動可以保持勻器正常工作后，小車在斜面上的運動可以保持勻速直線運動狀態(tài)為止。速直線運動狀態(tài)為止。4 4、記

2、錄小車及車內所加砝碼的質量；稱好砂子、記錄小車及車內所加砝碼的質量；稱好砂子后將砂倒入小桶，把細繩系在小車上并繞過定滑后將砂倒入小桶，把細繩系在小車上并繞過定滑輪懸掛小桶；此時要調整定滑輪的高度使繩與木輪懸掛小桶；此時要調整定滑輪的高度使繩與木板平行；接通電源，放開小車，待打點計時器在板平行；接通電源，放開小車，待打點計時器在紙帶上打好點后，取下紙帶，做好標記。紙帶上打好點后，取下紙帶，做好標記。5 5、保持小車總質量不變，改變砂的質量（均要、保持小車總質量不變，改變砂的質量（均要用天平稱量），按步驟用天平稱量），按步驟4 4中方法打好紙帶，做好中方法打好紙帶，做好標記。標記。6 6、在每條紙

3、帶上選取一段比較理想的部分，分、在每條紙帶上選取一段比較理想的部分，分別計算出加速度值。別計算出加速度值。7 7、用縱坐標表示加速度，橫坐標表示作用力、用縱坐標表示加速度，橫坐標表示作用力（即砂和砂桶的總重力（即砂和砂桶的總重力mgmg），根據(jù)實驗結果畫），根據(jù)實驗結果畫出相應的點，如果這些點在一條直線上，便證明出相應的點，如果這些點在一條直線上，便證明了質量一定的情況下，加速度與合外力成正比。了質量一定的情況下，加速度與合外力成正比。8 8、保持砂和桶的質量不變，在小車上加砝碼、保持砂和桶的質量不變，在小車上加砝碼（需記錄好數(shù)據(jù)），重復上面的實驗步驟，求出（需記錄好數(shù)據(jù)），重復上面的實驗步驟

4、，求出相應的加速度，用縱坐標表示加速度，橫坐標表相應的加速度，用縱坐標表示加速度，橫坐標表示小車及砝碼的總質量的倒數(shù)，根據(jù)實驗結果畫示小車及砝碼的總質量的倒數(shù)，根據(jù)實驗結果畫出相應的點，如果這些點在一條直線上，就證明出相應的點，如果這些點在一條直線上，就證明了合外力一定的情況下，加速度與質量成反比。了合外力一定的情況下，加速度與質量成反比。【注意事項注意事項】實驗中始終要求砂和砂桶的總質量（實驗中始終要求砂和砂桶的總質量（mm）遠小于小車和砝碼的總質量）遠小于小車和砝碼的總質量（MM），一般情況下要滿足），一般情況下要滿足1010mmMM。只有這樣，砂和砂桶的總重力。只有這樣，砂和砂桶的總重力

5、才能視為小車所受的拉力。才能視為小車所受的拉力。2 2、平衡摩擦力時不要掛小桶，但小車要掛紙帶并接通打點計時器；、平衡摩擦力時不要掛小桶，但小車要掛紙帶并接通打點計時器；有兩個作用：一是從紙帶上打出的點子來判斷小車是否勻速運動，二有兩個作用：一是從紙帶上打出的點子來判斷小車是否勻速運動，二是在平衡摩擦力時也要平衡振針和紙帶之間的摩擦是在平衡摩擦力時也要平衡振針和紙帶之間的摩擦( (如果使用電火花如果使用電火花計時器，該摩擦可以忽略計時器，該摩擦可以忽略) )。平衡摩擦力是使小車重力沿斜面的分力。平衡摩擦力是使小車重力沿斜面的分力與小車運動時所受到的所有摩擦力相平衡。與小車運動時所受到的所有摩擦

6、力相平衡。3 3、在每次打過點的紙帶上，都要注明小車的質量和拉力數(shù)值，以免、在每次打過點的紙帶上，都要注明小車的質量和拉力數(shù)值，以免在分析數(shù)據(jù)時造成錯誤。在分析數(shù)據(jù)時造成錯誤。4 4、小車每次釋放前應靠近打點計時器，且先接通電源再釋放小車；、小車每次釋放前應靠近打點計時器，且先接通電源再釋放小車；小車停止運動前應按住小車。小車停止運動前應按住小車。5 5、由于、由于a aMM圖像是一條曲線，難以判斷圖像是一條曲線，難以判斷a a和和MM之間的函數(shù)關系，從之間的函數(shù)關系，從而難以確定而難以確定a a與與MM的定量關系。從已知的理論看，的定量關系。從已知的理論看，a a圖像應該是一條圖像應該是一條

7、直線，為了便于對實驗結果作出直觀判斷，本實驗中作直線，為了便于對實驗結果作出直觀判斷，本實驗中作a a圖像，而圖像，而不是作不是作a aMM圖像。圖像。6 6、作圖像時，要使盡可能多的點子在直線上，不在直線上的點也要、作圖像時，要使盡可能多的點子在直線上，不在直線上的點也要盡可能對稱分布在直線兩側，其目的是在數(shù)據(jù)處理時盡量減少偶然誤盡可能對稱分布在直線兩側，其目的是在數(shù)據(jù)處理時盡量減少偶然誤差。差?！緦嶒炚`差分析實驗誤差分析】本實驗除了實驗儀器、實驗條件、操作過程、數(shù)本實驗除了實驗儀器、實驗條件、操作過程、數(shù)據(jù)處理帶來誤差外，更主要是分析實驗原理帶來據(jù)處理帶來誤差外，更主要是分析實驗原理帶來的

8、誤差；本實驗中認為：細繩的拉力等于砂和砂的誤差；本實驗中認為：細繩的拉力等于砂和砂桶的重力，即：桶的重力，即：T Tmgmg；是實驗原理引起誤差的；是實驗原理引起誤差的根本原因。根本原因。理論分析：設小車的質量為理論分析：設小車的質量為MM、平衡摩擦力后合、平衡摩擦力后合外力為外力為F F、加速度為、加速度為a a，細繩的拉力為，細繩的拉力為T T、砂和砂、砂和砂桶的總質量為桶的總質量為mm；對小車有：對小車有：a a；對系統(tǒng)有：；對系統(tǒng)有：a a；對砂及砂桶；對砂及砂桶有：有：mgmg- -T Tmama；聯(lián)立解得細繩拉力表達式為：聯(lián)立解得細繩拉力表達式為：T Tmgmgmgmg；要；要使使

9、T Tmgmg，必須滿足的條件是：，必須滿足的條件是：MMmm?！緦嶒瀳D像分析實驗圖像分析】物理中看圖像，一看曲直、二看斜率、三看交點、四看面物理中看圖像，一看曲直、二看斜率、三看交點、四看面積，并能對他們賦予一定的物理意義。積，并能對他們賦予一定的物理意義。1 1、本實驗圖像彎曲是必然的，并且是向下彎曲；、本實驗圖像彎曲是必然的，并且是向下彎曲；當當MM一定時，一定時，a aF F圖像；理論上：若圖像；理論上：若MM一定，則一定，則a aF F，a aF F圖像為過原點的傾斜直線；圖像為過原點的傾斜直線；實際上：實際上：a amgmg，其圖像為以為斜率的曲線，當，其圖像為以為斜率的曲線，當m

10、m增增加時，減少，故圖像向下彎曲。加時，減少，故圖像向下彎曲。當當F F一定時，一定時，a a圖像；理論上：若圖像；理論上：若F F一定，則一定，則a a，a a圖像為過原點的傾斜直線；圖像為過原點的傾斜直線；實際上：實際上：a a( (mgmg) )，以為自變量，以為自變量，mgmg不變時，其圖不變時，其圖像為以像為以mgmg為斜率的曲線，當增加時，斜率為斜率的曲線，當增加時，斜率mgmg減少，故減少，故圖像向下彎曲。圖像向下彎曲。2 2、圖像彎曲的程度由的大小確定，只有當、圖像彎曲的程度由的大小確定，只有當MMmm時，圖時，圖像近似于直線。像近似于直線。3 3、圖像斜率的物理意義：、圖像斜

11、率的物理意義：當當MM一定時，一定時，a aF F圖像中，圖像中，a aF F；其斜率為；即；其斜率為；即a aF F圖像的斜率圖像的斜率為小車質量的倒數(shù)。為小車質量的倒數(shù)。當當F F一定時，一定時，a a圖像中，圖像中，a aF F；其斜率為；其斜率為F F；即；即a a圖像的斜率為圖像的斜率為砂和砂桶的重力。砂和砂桶的重力。4 4、圖像是否過原點、圖像是否過原點反映平衡摩擦力的情況。反映平衡摩擦力的情況。（1 1）當）當MM一定時，一定時，a aF F圖像；圖像過原點時，表明平衡摩擦力合適，圖像；圖像過原點時，表明平衡摩擦力合適，如圖；圖像與如圖；圖像與a a軸截距為正數(shù)時，表明軸截距為正

12、數(shù)時，表明F F0 0時，小車就有加速度時，小車就有加速度a aa a0 0，即長木板的傾角過大，如圖；圖像與水平軸相交時，表明，即長木板的傾角過大，如圖；圖像與水平軸相交時，表明小車加上拉力小車加上拉力F FF F0 0時，其加速度時，其加速度a a0 0，即長木板的傾角過小或沒有，即長木板的傾角過小或沒有平衡摩擦力，如圖。平衡摩擦力，如圖。（2 2）當）當F F一定時，一定時，a a圖像；圖像過原點時，表明平衡摩擦力合適，圖像；圖像過原點時，表明平衡摩擦力合適，如圖；圖像與如圖；圖像與a a軸截距為正數(shù)時，表明軸截距為正數(shù)時，表明0 0、MM時，小車還有加時，小車還有加速度速度a aa a

13、0 0，即長木板的傾角過大，如圖；圖像與水平軸相交時，即長木板的傾角過大，如圖；圖像與水平軸相交時，表明小車加上拉力表明小車加上拉力F F時，其加速度時，其加速度a a0 0，即長木板的傾角過小或沒有，即長木板的傾角過小或沒有平衡摩擦力，如圖。平衡摩擦力，如圖。aFoa0F0aMoa01M01例題例題1 1、某同學設計了一個探究小車的加速度、某同學設計了一個探究小車的加速度a a與與小車所受拉力小車所受拉力F F及質量及質量mm關系的實驗，圖（關系的實驗，圖（a a）為）為實驗裝置簡圖（所用交變電流的頻率為實驗裝置簡圖（所用交變電流的頻率為50Hz50Hz）（1 1）圖（）圖（b b）為某次實

14、驗得到的紙帶，實驗數(shù)據(jù)）為某次實驗得到的紙帶，實驗數(shù)據(jù)如圖，圖中相鄰計數(shù)點之間還有如圖，圖中相鄰計數(shù)點之間還有4 4個點未畫出，個點未畫出，根據(jù)紙帶可求出小車的加速度大小為根據(jù)紙帶可求出小車的加速度大小為 m/s2m/s2（保留三位有效數(shù)字）（保留三位有效數(shù)字）（2 2）保持小車質量不變，改變砂和砂桶質量，）保持小車質量不變，改變砂和砂桶質量，一位同學根據(jù)實驗數(shù)據(jù)一位同學根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出了加速度作出了加速度a a隨拉力隨拉力F F的變化圖線如圖所示。該的變化圖線如圖所示。該圖線不通過原點，其主要原因是圖線不通過原點，其主要原因是_ _ 例題例題2 2、如圖實、如圖實3 31212所示的實驗裝置

15、可以探究加速度與物體質量、物體所示的實驗裝置可以探究加速度與物體質量、物體受力的關系小車上固定一個盒子，盒子內盛有沙子沙桶的總質量受力的關系小車上固定一個盒子，盒子內盛有沙子沙桶的總質量( (包括桶包括桶以及桶內沙子質量以及桶內沙子質量) )記為記為mm，小車的總質量，小車的總質量( (包括車、盒子及盒內沙子質量包括車、盒子及盒內沙子質量) )記記為為M.M.(1)(1)驗證在質量不變的情況下，加速度與合外力成正比：從盒子中取出一些沙驗證在質量不變的情況下，加速度與合外力成正比：從盒子中取出一些沙子，裝入沙桶中，稱量并記錄沙桶的總重力子，裝入沙桶中，稱量并記錄沙桶的總重力mgmg，將該力視為合

16、外力，將該力視為合外力F F，對應，對應的加速度的加速度a a則從打下的紙帶中計算得出多次改變合外力則從打下的紙帶中計算得出多次改變合外力F F的大小，每次都會的大小，每次都會得到一個相應的加速度本次實驗中，桶內的沙子取自小車中，故系統(tǒng)的總得到一個相應的加速度本次實驗中，桶內的沙子取自小車中，故系統(tǒng)的總質量不變以合外力質量不變以合外力F F為橫軸，以加速度為橫軸，以加速度a a為縱軸，畫出為縱軸，畫出a aF F圖象，圖象是一圖象，圖象是一條過原點的直線條過原點的直線a aF F圖象斜率的物理意義是圖象斜率的物理意義是_你認為把沙桶的總重力你認為把沙桶的總重力mgmg當作合外力當作合外力F F是否合理？答：是否合理？答：_.(_.(填填“合合理理”或或“不合理不合理”) )本次實驗中，是否應該滿足本次實驗中，是否應該滿足MmMm這樣的條件？答：這樣的條件？答：_(_(填填“是是”或或“否否”) )；理由是理由是_(2)(2)驗證在合外力不變的情況下，加速度與質量成反比：保持桶內沙子質量驗證在合外力不變的情況下，加速度與質量成反比：保持桶內沙子質量mm不變，在盒子內添加或去掉一些沙子，驗證加速度與質量的關系本次實驗不變，在盒子內添加或去掉一些沙子，驗證加速度與質量的關系本次實驗中，桶內的沙子總質量不變，故系統(tǒng)所受的