實驗四驗證牛頓第二定律

關于實驗四驗證牛頓第二定律第一頁，共十六頁，編輯于2023年，星期一一、【實驗目的】——定量分析a、F合、m的關系。二、【實驗原理】

研究方法：

控制變量法

B．F一定時，a與m的定量關系

A．m一定時，a與F的定量關系第二頁，共十六頁，編輯于2023年，星期一◆．實驗設計:

——參考方案一：用打點計時器探究小車：研究對象，可用天平稱其質量M.打點計時器：測量小車運動過程中的加速度a.砝碼盤和砝碼：重力mg提供拉力合力F=?GFNFf第三頁，共十六頁，編輯于2023年，星期一平衡摩擦力：GG1FNfG1平衡摩擦力f。

當M≥m時，可近似認為小車所受的拉力T等于mg.第四頁，共十六頁，編輯于2023年，星期一三、【實驗器材】——打點計時器，紙帶及復寫紙，小車，一端附有滑輪的長木板，小盤和砝碼，細繩，低壓交流電源，導線，天平，刻度尺．四、【實驗步驟】1．用天平測出小車、砝碼的質量M和小盤與砝碼的總質量m，把數據記錄下來．2．安裝好實驗裝置，在小車上裝好紙帶，紙帶另一端穿過計時器限位孔，調整木板傾斜程度，平衡摩擦力。第五頁，共十六頁，編輯于2023年，星期一【實驗步驟】3．控制小車質量不變，用細線將小盤與小車相連（小盤質量遠小于小車質量），打開打點計時器，釋放小車，測出一組數據。4．改變小盤內砝碼個數，多測幾組數據。算出每條紙帶對應的加速度的值，填入表格（一）中。5．保持小盤內砝碼個數不變，改變小車質量，再測幾組數據。并將對應的質量和加速度的值，填入表格（二）中。第六頁，共十六頁，編輯于2023年，星期一五、【數據處理】1．實驗數據的記錄處理：m一定，a與F關系實驗次數F(N)a(m/s2)123450.100.1460.200.3020.300.4280.400.5920.500.751F/Na/m·s-20.150.300.450.600.7500.10.20.30.40.5如何更直觀地處理數據？結論：m一定時，

a∝F第七頁，共十六頁，編輯于2023年，星期一【數據處理】2．實驗數據的記錄處理：F一定，a與m的關系次數m/kga/m·s-210.4000.86120.5000.69230.7500.47041.0000.35251.2000.2901/mkg-12.502.001.331.000.83m/kga/m·s-20.20.40.60.81.000.20.40.60.81.01.2a/m·s

-20.20.40.60.81.000.51.01.52.02.5/kg-1m1結論：F一定時，

a∝1/m第八頁，共十六頁，編輯于2023年，星期一六、【注意事項】1．在平衡摩擦力時，不要把懸掛小盤的細線系在小車上，即不要給小車加任何牽引力，并要讓小車拖著打點的紙帶運動．2．每條紙帶必須在滿足小車與車上所加砝碼的總質量遠大于小盤和砝碼的總質量的條件下打出．只有如此，小車受到的拉力才可視為等于小盤和砝碼的總重力．3．改變拉力和小車質量后，每次開始時小車應盡量靠近打點計時器，并應先接通電源，再放開小車，且應在小車到達滑輪前按住小車．第九頁，共十六頁，編輯于2023年，星期一【注意事項】4．作圖象時，要使盡可能多的點分布在所作直線上，不在直線上的點應盡可能對稱分布在所作直線兩側．5．作圖時兩軸標度比例要選擇適當，各量須采用國際單位．這樣作圖線時，坐標點間距不至于過密，誤差會小些．第十頁，共十六頁，編輯于2023年，星期一七、【誤差來源】1．測量誤差：（1）質量的測量．（2）打點間隔距離的測量．2．操作誤差：（1）拉線或紙帶不與木板平行．（2）傾斜角度不當，平衡摩擦力不準．3．原理誤差：本實驗中用小盤和砝碼的總重力代替小車受到的拉力(實際上小車受到的拉力要小于小盤和砝碼的總重力)，存在系統(tǒng)誤差.第十一頁，共十六頁，編輯于2023年，星期一實驗誤差分析（1）

【練3—1】在“驗證牛頓第二定律”的實驗中，實驗裝置如圖（1）所示，有兩位同學通過測量作出a－F圖象，如下圖（2）所示甲、乙中的A、B圖線．試分析：（2）

①．A圖線不通過坐標原點的原因是______________________________________；A圖線上部彎曲的原因是________________________________。沒有平衡摩擦力或摩擦力平衡不夠未滿足盤和砝碼質量遠小于小車質量

②．B圖線在縱軸上有截距的原因是？

平衡摩擦力時，長木板傾角過大，小車沿斜面向下分力大于摩擦力，，使尚未對小車施加力時，小車已有加速度．第十二頁，共十六頁，編輯于2023年，星期一

【題5】為了探究加速度與力的關系，使用如圖所示的氣墊導軌裝置進行實驗．其中G1、G2為兩個光電門，它們與數字計時器相連，當滑行器通過G1、G2光電門時，光束被遮擋的時間Δt1、Δt2都可以被測量并記錄，滑行器連同上面固定的一條形擋光片的總質量為M，擋光片寬度為D，光電門間距離為x，牽引砝碼的質量為m.回答下列問題：

(1)實驗開始應先調節(jié)氣墊導軌下面的螺釘，使氣墊導軌水平，在不增加其他儀器的情況下，如何判定調節(jié)是否到位？

解析：(1)如果氣墊導軌水平，則不掛砝碼時，M應能在任意位置靜止不動，或推動M后能使M勻速運動(Δt1=Δt2)．直接測量—光電門第十三頁，共十六頁，編輯于2023年，星期一

(2)若取M＝0.4kg，改變m的值，進行多次實驗，以下m的取值不合適的一個是__________．

A．m1＝5g

B．m2＝15gC．m3＝40gD．m4＝400g解析：

(2)應滿足M?m，故m4＝400g不合適．D

(3)在此實驗中，需要測得每一個牽引力對應的加速度，求得的加速度的表達式為__________．由：v1＝D/Δt1，

v2＝D/Δt2，

v22－v12＝2axa=()－()DΔt22DΔt122x可得：直接測量—光電門第十四頁，共十六頁，編輯于2023年，星期一◆．小結：明確幾個問題1．怎么設計這個實驗?

（1）．測量哪些量?

（2）．怎么