实验四 验证牛顿第二定律

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1、实验四　验证牛顿第二定律1．学会用控制变量法研究物理规律．2．验证牛顿第二定律．3．掌握利用图象处理数据的方法．探究加速度a与力F及质量m的关系时，应用的基本方法是控制变量法，即先控制一个参量——小车的质量m不变，讨论加速度a与力F的关系，再控制小盘和砝码的质量不变，即力F不变，改变小车质量m，讨论加速度a与m的关系．打点计时器、纸带，复写纸片、小车、一端附有定滑轮的长木板、小盘、夹子、细绳、低压交流电源、导线、天平、刻度尺、砝码．1．用天平测量小盘的质量m0和小车的质量M0.图12．把一端附有滑轮的长木板放在实验桌上，并使滑轮伸

2、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滑动摩擦力平衡．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．计算小盘和砝码的重力，即为小车所受的合外力，由纸带计算

3、出小车的加速度，并把力和对应的加速度填入表(一)中．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．计算砝码和小车的总质量M，并由纸带计算出小车对应的加速度．7．改变小车上砝码的个数，重复步骤6，并将所对应的质量和加速度填入表(二)中．表(一)实验次数加速度a/(m·s－2)小车受力F/N1234表(二)实验次数加速度a/(m·s－2)小车质量M/kg1238.数据处理(1)用纵坐标表示加速度a，横坐标表示作用力F，作用力的大小F等于小盘和

4、砝码的总重力，根据实验结果在坐标平面上画出相应的点，如果这些点是在一条过原点的直线上，便证明了加速度与作用力成正比．(2)用纵坐标表示加速度a，横坐标表示小车和砝码总质量的倒数，根据实验结果在坐标平面上画出相应的点，如果这些点是在一条过原点的直线上，就证明了加速度与质量成反比．1．一定要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，不要把悬挂小盘的细线系在小车上，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

5、平衡了摩擦力后，不管以后是改变小盘和砝码的总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小盘和砝码的总质量的条件下打出．只有如此，小盘和砝码的总重力才可视为小车受到的拉力．4．改变拉力和小车质量后，每次开始时小车应尽量靠近打点计时器，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．1．质量的测量误差，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小盘和砝码的总重力代替小车受到的拉力(实际

6、上小车受到的拉力要小于小盘和砝码的总重力)，存在系统误差．小盘和砝码的总质量越接近小车的质量，误差就越大；反之，小盘和砝码的总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，除了不挂小盘外，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．题型一对实验操作的考查[例1]在做“验证牛顿第二运动定律”的实验时，某学生将实验装置如图2安装，准备接通电源后开始做实验，但他的装置图中有几个明显的错误，请写出两个：图2(1)_______________

7、_____________________________；(2)____________________________________________．[解析]实验中打点计时器不能用直流电源，没有平衡摩擦力，小车没有靠近打点计时器．[答案](1)不能用直流电源(2)没有平衡摩擦力题后反思本题主要考查实验操作及注意事项，只要对这些有一定的了解，解决此类问题较容易．变式1—1做“验证牛顿第二定律”实验时，按实验要求安装好器材后，应按一定的步骤进行实验，下列给出供选择的操作步骤：A．保持小桶和砂的质量不变，在小车里加砝码，测出加速度

8、，重复几次B．保持小车质量不变，改变小桶里砂子的质量，测出加速度，重复几次C．用天平测出小车和砂子的质量D．在长木板没有定滑轮的一端垫上厚度合适的垫木，平衡摩擦力答案：FCDGABE题型二实验数据的处理和误差分析[例2]如图3甲所示为实验中用打点计