验证牛顿第二定律

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1、二、验证牛顿第二定律【重点知识提示】1．实验目的、原理实验目的验证牛顿第二定律，即物体的质量一定时，加速度与作用力成正比；作用力一定时，加速度与质量成反比．实验原理：利用砂及砂桶通过细线牵引小车做加速运动的方法，采用控制变量法研究上述两组关系．如图4—6所示，通过适当的调节，使小车所受的阻力忽略，当M和优做加速运动时，可以得到当M>>m时，可近似认为小车所受的拉力T等于mg．本实验第一部分保持小车的质量不变，改变m的大小，测出相应的a，验证a与F的关系；第二部分保持m不变，改变M的大小，测出小车运动的加速度a，验证a与M的关系．2．实验器材打点计时器，纸带及复写纸，小车，

2、一端附有滑轮的长木板，小桶，细绳，砂，低压交流电源，两根导线，天平，刻度尺，砝码．3．实验步骤及器材调整(1)用天平测出小车和小桶的质量M和加，把数值记录下来．(2)按图4—7所示把实验器材安装好．(3)平衡摩擦力：在长木板的不带滑轮的一端下面垫上一块薄木板，反复移动其位置，直至不挂砂桶的小车刚好在斜面上保持匀速运动为止．(4)将砂桶通过细绳系在小车上，接通电源放开小车，使小车运动，用纸带记录小车的运动情况，取下纸带，并在纸带上标上号码．(5)保持小车的质量不变，改变砂桶中的砂量重复步骤(4)，每次记录必须在相应的纸带上做上标记，列表格将记录的数据填写在表内．(6)建立坐

3、标系，用纵坐标表示加速度，横坐标表示力，在坐标系上描点，画出相应的图线以验证倪与F的关系．(7)保持砂及小桶的质量不变，改变小车的质量(在小车上增减砝码)，重复上述步骤(5)、(6)验证a与M的关系．4．注意事项(1)在本实验中，必须平衡摩擦力，方法是将长木板的一端垫起，而垫起的位置要恰当．在位置确定以后，不能再更换倾角．(2)改变m和M的大小时，每次小车开始释放时应尽量靠近打点计时器，而且先通电再放小车．(3)每次利用纸带确定a时，应求解其平均加速度．5．数据处理及误差分析(1)该实验原理中T=，可见要在每次实验中均要求M>>m，只有这样，才能使牵引小车的牵引力近似等于

4、砂及砂桶的重力．(2)在平衡摩擦力时，垫起的物体的位置要适当，长木板形成的倾角既不能太大也不能太小，同时每次改变M时，不再重复平衡摩擦力．(3)在验证a与M的关系时，作图时应将横轴用l／M表示，这样才能使图象更直观．【典型范例导析】【例1】在《验证牛顿第二定律》的实验中，在研究作用力一定时加速度与质量成反比的结论时，下列说法中错误的是()A．平衡摩擦力时，应将装砂的小桶用细绳通过定滑轮系在小车上B．每次改变小车质量时，不需要重新平衡摩擦力C．实验时，先放开小车，再接通打点计时器电源D．小车运动的加速度，可从天平测出装砂小桶和砂的质量m及小车质量M，直接用公式a=求出(m<

5、

6、_______________(填代号)、缺少的器材是__________。解析C、D；缺少的器材有低压交流电源，刻度尺、砝码．点评本题要求熟悉该实验的所需器材．【例3】如图4-8(a)为《验证牛顿第二定律》的实验中用打点计时器打出的一条较理想的纸带．纸带上A、B、C、D、E、F、G为七个相邻的计数点，相邻计数点间的时间是0．1s，距离如图，单位是cm，小车的加速度是________m/s2，在验证质量一定时加速度以和合外力F的关系时，某学生根据实验数据作出了如图4—8(b)所示的a-F、图象，其原因是_____．解析本题的答案为1．60m/s2，平衡摩擦力过剩，a的计算

7、利用逐差法．点评倪的计算用公式△s=at2，通过计算平均值确定a的大小，平均值的求解用逐差法计算较为精确，a-F图象的形状为不过原点的直线表明平衡摩擦力的操作存在问题．【能力跟踪训练】1．在《验证牛顿第二定律》的实验中，当小车质量m不变时，a-F图象如图4—9所示，则小车质量m=________.2．a、b、c、d四位同学做《验证牛顿第二定律》的实验，设小车质量和车上砝码质量之和为M，砂及砂桶的总质量为M，分别得出如图4—10中a、b、c、d一四个图线，其中图a、b、c是a-F图线，图d是a一1/M图线，则以下说法中正确的是(