驗證牛頓第二定律的實驗方法以及原理說明

<1<1驗證牛頓第二定律的實驗方法以及原理說明1、實驗方法采用控制變量法，即當研究的某個物理量與兩個以上的其他物理量的變化有關(guān)時，分別研究該物理量與其中一個物理量之間的變化關(guān)系，而設(shè)法控制其他物理量不發(fā)生變化的一種方法。紙帶接電湧本實驗中，小車加速度a的大小、方向由外力F、小車質(zhì)量M共同確定。研究加速度a與F及M的關(guān)系時：（1）控制小車的質(zhì)量M不變，討論a與F的關(guān)系。（2）再控制砂和砂桶的質(zhì)量不變即F不變，改變小車的質(zhì)量M,討論a與M的關(guān)系。（3）綜合起來，得出a與F、M之間的定量關(guān)系。2、實驗思想方法（等效法）小車在長木板上運動時由于要受到摩擦阻力作用，且在改變小車質(zhì)量時摩擦阻力隨之改變，這將給實驗帶來很多麻煩。例如，要測知動摩擦因數(shù)，計算每改變小車質(zhì)量后的摩擦阻力，或每改變小車質(zhì)量后都用“牽引法”調(diào)試平衡。本實驗中，巧妙地采用了平衡摩擦阻力的方法：將長木板一端墊起，讓小車重力沿斜面的分力把摩擦阻力平衡掉，即等效于小車不受擦擦阻力作用，繩對小車的拉力即為車所受的合外力。同時小車質(zhì)量改變后無需重新調(diào)試，從而簡化了實驗程序及計算過程。3、實驗的必要條件（1）小車質(zhì)量M遠大于砂及桶的總質(zhì)量m從而近似認為對小車的拉力T等于砂及桶的重力mg。注意：嚴格地說，細繩對小車的拉力T并不等于砂和砂桶的重力mg,而是^噸。推導(dǎo)如下：對砂桶、小車整個系統(tǒng)有：mg=+用）口①對小車:②由①②得：T血卄噸

T<mg若允許實驗誤差在5%之內(nèi)，則由測蠱値-真?zhèn)嶮—^100%=^100%測蠱値-真?zhèn)嶮—^100%=^100%M+m由此，在實驗中控制滋（一般說:址》）時，貝y可認為，由此造成的系統(tǒng)誤差小于5%。4、數(shù)據(jù)處理（圖像法）在畫和圖像時，多取點、均分布，達到一種統(tǒng)計平均以減小誤差的目的。同時注意不分析總一皿圖像，因為兩者成不成反比關(guān)系不易直接觀察。5、實驗的進一步改進本實驗以小車為研究對象，以砂桶重力替代牽引力，產(chǎn)生了系統(tǒng)誤差。要消除這種誤差,可以以小車與砂桶組成的系統(tǒng)為研究對象。則該系統(tǒng)質(zhì)量（也+杭），系統(tǒng)所受拉力「牠。驗證a與F關(guān)系時，要保證（蟲+湖恒定，可最初在小車上放幾個小砝碼，逐一把小砝碼移至砂桶中，以改變每次的外力；驗證a與總質(zhì)量（"+吻的關(guān)