验证牛顿第二定律

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1、高中物理授课人：授课日期2012年5月日N0翰林汇翰林汇翰林汇翰林汇课题：验证牛顿第二定律类型：复习课教学目标1．通过对实验的复习，做到对力学中的学生实验明确实验目的，掌握实验原理，学会实验操作，正确处理实验数据。2．进一步学习用实验处理问题的方法，体会实验在物理学中的重要地位。3．通过对力学中学生实验的比较，知道所涉及到实验的类型。4．在掌握课本上所给学生实验的基础上，灵活应用所学知识解决其它问题。教学重点、难点分析1．理解实验的设计思想，不但要知道怎样做实验，更应该知道为什么这样做实验。2．掌握正确的实验操作，是完成实验的最基本要求，对学生来说

2、也是难度较大的内容，一定要让学生亲自动手完成实验。3．处理数据时，要有误差分析思想，要能够定性地分析在实验中影响实验误差的条件。[实验目的]验证牛顿第二定律。[实验原理]：控制变量1．如图所示装置，保持小车质量不变，改变小桶内砂的质量，从而改变细线对小车的牵引力，测出小车的对应加速度，作出加速度和力的关系图线，验证加速度是否与外力成正比。2．保持小桶和砂的质量不变，在小车上加减砝码，改变小车的质量，测出小车的对应加速度，作出加速度和质量倒数的关系图线，验证加速度是否与质量成反比。[实验器材]小车，砝码，小桶，砂，细线，附有定滑轮的长木板，垫木，打点

3、计时器，低压交流电源，导线两根，纸带，托盘天平及砝码，刻度尺。[实验步骤]1．用天平测出小车和小桶的质量M和m，把数据记录下来。2．按如图装置把实验器材安装好，只是不把挂小桶用的细线系在小车上，即不给小车加牵引力。3．平衡摩擦力：在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上垫木，反复移动垫木的位置，直至小车在斜面上运动时可以保持匀速直线运动状态（可以从纸带上打的点是否均匀来判断）。4．在小车上加放砝码，小桶里放入适量的砂，把砝码和砂的质量M'和m'记录下来。把细线系在小车上并绕过滑轮悬挂小桶，接通电源，放开小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，取下纸带，在纸

4、带上写上编号。5．保持小车的质量不变，改变砂的质量（要用天平称量），按步骤4再做5次实验。6．算出每条纸带对应的加速度的值。7．用纵坐标表示加速度a，横坐标表示作用力，即砂和桶的总重力(m+m')g，根据实验结果在坐标平面上描出相应的点，作图线。若图线为一条过原点的直线，就证明了研究对象质量不变时其加速度与它所受作用力成正比。8．保持砂和小桶的质量不变，在小车上加放砝码，重复上面的实验，并做好记录，求出相应的加速度，用纵坐标表示加速度a，横坐标表示小车和车内砝码总质量的倒数，在坐标平面上根据实验结果描出相应的点并作图线，若图线为一条过原点的直线，就

5、证明了研究对象所受作用力不变时其加速度与它的质量成反比。3第页高中物理授课人：授课日期2012年5月日N0[注意事项]1.平衡摩擦力和保证m>>m1是减小本实验系统误差的两个关键：(1)在精确度要求不太高时，砂桶总质量最大不超过小车质量的5%。若需砂桶质量调节范围大一些，则应增大小车质量。(2)采用“垫板法”平衡摩擦力，不仅操作方便，而且在改变小车质量的实验中不需再调。这是因为摩擦力和小车所受重力沿斜面方向的分力总是成正比地变化的。所用长木板各部分的平滑程度尽可能要一致。调匀速时，先进行目测，最后应打一条纸带观察，看是否调到匀速了。注意：在平衡摩擦

6、力时，不要悬挂小桶，但小车应连着纸带且接通电源。2．作图时应该使所作的直线通过尽可能多的点，不在直线上的点也要尽可能对称地分布在直线的两侧，但如遇个别特别偏离的点可舍去。3.本实验的数据处理主要是用打点纸带测算加速度，也可以用速度－时间图象求加速度。4．分析实验数据验证牛顿第二定律时，作出a－F图像和a－1/m图像，看图像是否为直线来验证。由于是验证性实验，可以预先让学生分析作a－m图像(双曲线)的弊端，得出作a－1/m图像的优点。5.如果平衡摩擦力做得不好，则图像不会通过坐标原点；如果不满足m>>m1的条件，图像将会是一条曲线。出现后一种情况时，

7、可以采用保证运动系统(小车和砂桶)的总质量不变来消除。办法是，预先在小车内装几个小砝码，在需要改变加速的力时，把这些砝码移少量到砂桶内。只要摩擦力能得到较好的平衡，就可以得到过坐标原点的直线。不过，在计算质量时，应把砂桶的总质量考虑在内。[例题]1．在做验证牛顿第二定律的实验时，某学生将实验装置按如图安装，而后就接通源开始做实验，他有三个明显的错误：（1）____________；（2）____________；（3）____________。答案：（1）没有平衡摩擦力；（2）不应挂钩码，应挂装有砂子的小桶；（3）细线太长悬挂物离地面太近。2．在验

8、证牛顿第二定律的实验中，用改变砂的质量的办法来改变对小车的作用力F，用打点计时器测出小车的加速度a，得出若干组F和a的数据