验证牛顿第二定律

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1、实验4：验证牛顿第二定律一、实验目的1．学会用控制变量法研究物理规律。2．探究加速度与力、质量的关系。3．掌握灵活运用图象处理问题的方法。二、实验原理控制变量法：在所研究的问题中，有两个以上的参量在发生牵连变化时，可以控制某个或某些量不变，只研究其中两个量之间的变化关系的方法，这也是物理学中研究问题时经常采用的方法。本实验中，研究的参量为F、M和a，可以控制参量M一定，研究a与F的关系，也可控制参量F一定，研究a与M的关系。三、实验器材电磁打点计时器、复写纸片和纸带、一端有定滑轮的长木板、小车、小盘、低压交流

2、电源、天平、砝码、刻度尺、导线。四、实验步骤1．用天平测量小盘的质量m和小车的质量M。2．把一端附有滑轮的长木板放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面，把打点计时器固定在长木板上远离滑轮的一端，连接好电路。3．平衡摩擦力：小车的尾部挂上纸带，纸带穿过打点计时器的限位孔，将木板无滑轮的一端稍微垫高一些，使小车在不挂小盘和砝码的情况下，能沿木板做匀速直线运动。这样小车所受重力沿木板的分力与小车所受摩擦力平衡。在保证小盘和砝码的质量远小于小车质量的条件下，可以近似认为小盘和砝码的总重力大小等于小车所受的合外力的大小。4．把

3、小车停在打点计时器处，挂上小盘和砝码，先接通电源，再让小车拖着纸带在木板上匀加速下滑，打出一条纸带。5．改变小盘内砝码的个数，重复步骤4，并多做几次。6．保持小盘内的砝码个数不变，在小车上放上砝码改变小车的质量，让小车在木板上滑动打出纸带。7．改变小车上砝码的个数，重复步骤6。五、实验数据的处理方法——图象法、化曲为直的方法1．探究加速度与力的关系以加速度a为纵坐标，以F为横坐标，根据测量的数据描点，然后作出图象，看图象是否是通过原点的直线，就能判断a与F是否成正比。2．探究加速度与质量的关系以a为纵坐标、M

4、为横坐标，根据各组数据在坐标系中描点，将会得到如图甲所示的一条曲线。由图线只能看出M增大时a减小，但a与M具体是什么关系，不能得出。若以a为纵坐标、为横坐标，将会得到如图乙所示的一条过原点的倾斜直线，据此可判断a与m成反比。3．方法总结利用图象处理数据是物理实验中常用的重要方法。在实验中如果发现一个量x与另一个量y成反比，那么，x就应与成正比。因为在处理数据时，判断正比例函数图象比判断一条曲线是否为反比例函数图象要简单和直观得多，所以可以将反比例函数的曲线转化为正比例函数的直线进行处理。六、注意事项1．一定要

5、做好平衡摩擦力的工作，也就是调出一个合适的斜面，使小车的重力沿着斜面方向的分力正好平衡小车受的摩擦阻力。在平衡摩擦力时，不要把悬挂重物的细线系在小车上，即不要给小车加任何牵引力，并要让小车拖着打点的纸带运动。2．实验步骤2、3不需要重复，即整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变重物质量，还是改变小车和砝码的总质量，都不需要重新平衡摩擦力。3．每条纸带必须在满足小车与车上所加砝码的总质量远大于重物质量的条件下打出。只有如此，重物重力才可视为小车受到的拉力。第9页共9页4．改变拉力和小车质量后，每次开始时小车应尽

6、量靠近打点计时器，并应先接通电源，再放开小车，且应在小车到达滑轮前按住小车。5．作图象时，要使尽可能多的点在所作直线上，不在直线上的点应尽可能对称分布在所作直线两侧。6．作图时两轴标度比例要选择适当。各量须采用国际单位。这样作图线时，坐标点间距不至于过密，误差会小些。7．为提高测量精度，可以采取下列措施：(1)应舍掉纸带上开头比较密集的点，在后边便于测量的地方找一个起点。(2)可以把每打五次点的时间作为时间单位，即从开始点起，每隔四个点标出一个计数点，而相邻计数点间的时间间隔为T＝0.1秒。七、误差分析1．质

7、量的测量误差，纸带上打点计时器打点间隔距离的测量误差，拉线或纸带不与木板平行等都会造成误差。2．因实验原理不完善造成误差：本实验中用重物的重力代替小车受到的拉力(实际上小车受到的拉力要小于重物的重力)，存在系统误差。重物质量越接近小车的质量，误差就越大；反之，重物质量越小于小车的质量，误差就越小。3．平衡摩擦力不准造成误差：在平衡摩擦力时，除了不挂重物外，其他的都跟正式实验一样(比如要挂好纸带、接通打点计时器)，匀速运动的标志是打点计时器打出的纸带上各点的距离相等。八、实验改进本实验中可以用气垫导轨来代替长木

8、板，这样就省去了平衡小车摩擦力的麻烦，小车的加速度也可以利用传感器，借助于计算机来处理。命题研究一、实验器材、原理目的的考查【题例1】在“探究加速度与力、质量的关系”实验时，已提供了小车、一端附有定滑轮的长木板、纸带、带小盘的细线、刻度尺、天平、导线。为了完成实验，还须从下图中选取实验器材，其名称是__①__，并分别写出所选器材的作用__②__。解题要点：命题研究二、实验数据处理及误差分析【题例2】