验证牛顿第二定律实验(经典实用)

牛顿第二定律 测加速度 原理及变化

一、实验目的

1．会用控制变量法探究加速度a与合力F、质量M的关系；

2．掌握利用图像法处理实验数据的方法．

二、实验器材

一端有定滑轮的长木板、刻度尺、复写纸片和纸带、小车、盘、重物、电磁打点计时器、天平、砝码、托盘、导线．

考点一 实验原理与实验操作

本实验利用盘及盘中重物通过细绳牵引小车做加速运动的方法研究加速度a与力F、质量M的关系．实验时采用控制变量法，共分两步研究：第一步，保持小车的质量不变，改变盘中重物的质量，测出相应的a，验证a与F的关系；第二步，保持盘中重物的质量不变，改变小车上砝码的质量，测出小车运动的加速度a，验证a与M的关系．实验应测量的物理量有：

(1)小车及车上砝码的总质量M：用天平测出．

(2)小车受到的拉力F：拉力近似等于盘和重物的总重力mg(盘和重物的总质量远小于小车和车上砝码的总质量)．

(3)小车的加速度a：通过打点计时器打出纸带，由a＝a1＋a2＋a33＝x6＋x5＋x4－x3－x2－x19T2计算出．

在“用DIS探究牛顿第二定律”的实验中，装置如图S4­1(a)所示．

(1)本实验是通过改变钩码质量来改变对小车的拉力，通过增加小车上的配重片来改变小车的质量，通过位移传感器测得小车的v-t图像，通过求解斜率小车的加速度．

(a) (b)

图S4­1

(2)图(b)为小车所受作用力不变时实验所得的a-1M图像，从图像上可以看到直线不过原点，其原因是BD．

A．钩码质量过大

B．轨道倾斜，左端偏高

C．轨道倾斜，右端偏高

D．小车与轨道间的摩擦未被平衡

由图（b）所示a-

图象可知，图象不过原点，在横轴上有截距，这是由于：轨道倾斜，左端偏高或小车与轨道间的摩擦偏大造成的，故BD正确

如图S4­2所示为用速度传感器探究小车获得的速度与小车受到的合力及运动位移关系的实验装置：该小组设计的思路是将小车从A位置由静止释放，用速度传感器测出小车获得的速度．实验分两步进行：一是保持沙和沙桶的质量不变，改变速度传感器B与A位置的距离，探究小车获得的速度与小车运动位移的关系；二是保持速度传感器的位置不变，改如图S4­2所示为用速度传感器探究小车获得的速度与小车受到的合力及运动位移关系的实验装置：该小组设计的思路是将小车从A位置由静止释放，用速度传感器测出小车获得的速度．实验分两步进行：一是保持沙和沙桶的质量不变，改变速度传感器B与A位置的距离，探究小车获得的速度与小车运动位移的关系；二是保持速度传感器的位置不变，改用速度传感器测出小车获得的速度．实验分两步进行：一是保持沙和沙桶的质量不变，改变速度传感器B与A位置的距离，探究小车获得的速度与小车运动位移的关系；二是保持速度传感器的位置不变，改变沙和沙桶的质量，探究小车获得的速度与小车所受合力的关系．

牛顿第二定律的实验

引言：

牛顿第二定律是经典力学中的重要定律之一，它表明物体的加速度与作用于物体上的力成正比，与物体的质量成反比。为了验证牛顿第二定律，科学家们进行了许多实验。本文将介绍其中几个经典的牛顿第二定律实验，并解释实验结果与定律之间的关系。

实验一：斜面实验

在斜面实验中，我们将一块小木块放在一个倾斜的平面上。通过测量木块下滑的加速度和斜面的倾角，可以验证牛顿第二定律。

实验装置：

- 斜面：具有一定倾角的平面。

- 小木块：质量为m的物体。

- 测量工具：包括测量斜面倾角的仪器和测量小木块加速度的装置。

实验步骤：

1. 调整斜面的倾角，确保斜面保持稳定。

2. 将小木块放在斜面的顶端，并松开。

3. 记录木块下滑的时间t。

4. 根据木块的下滑距离和时间，计算出木块的加速度a。

实验结果： 根据实验数据的分析，我们可以得到木块的加速度与斜面倾角成正比。这与牛顿第二定律的预测相符，即物体的加速度与作用于物体上的力成正比。

实验二：弹簧实验

在弹簧实验中，我们将一块质量为m的物体挂在弹簧上，并通过测量弹簧的伸长量和物体的加速度来验证牛顿第二定律。

实验装置：

- 弹簧：具有一定的弹性系数。

- 物体：质量为m的物体。

- 测量工具：包括测量弹簧伸长量和物体加速度的装置。

实验步骤：

1. 将物体挂在弹簧上，使其达到平衡位置。

2. 施加一个水平方向的力F，使物体开始运动。

3. 记录物体的加速度a和弹簧的伸长量x。

4. 根据弹簧的弹性系数k和伸长量x，计算出物体所受的力F。

实验结果：

实验数据的分析显示，物体的加速度与所受的力成正比。这与牛顿第二定律的预测一致，即物体的加速度与作用于物体上的力成正比。

实验三：自由落体实验 在自由落体实验中，我们通过测量物体自由下落的加速度来验证牛顿第二定律。

实验装置：

- 物体：质量为m的物体。

- 测量工具：包括计时器和测量下落距离的装置。

验证牛顿第二定律—气垫导轨实验(一)

牛顿第二定律是牛顿三大定律之一，也称为“力的基本定律”。它描述了物体的加速度与作用在它上面的力的关系，即 $F=ma$ （力等于质量乘以加速度）。为了验证牛顿第二定律，我们可以通过气垫导轨实验来进行。

气垫导轨实验是一种相对简单的实验方法，它可以通过减少摩擦力来减小外部干扰，使我们更加精确地测量物体的加速度和力的关系。实验装置包括一个平面气垫导轨和一组滑块。

在实验中，我们可以改变滑块的质量和加速度，并测量力和加速度的关系。具体来说，实验流程如下：

1. 首先，我们需要确定气垫导轨的长度和坡度。导轨越长，物体的速度越大，导轨的坡度越大，物体在同样的初始位置上会更快地加速。

2. 然后，我们确定实验用的滑块的质量。我们可以通过在滑块上加上不同的质量来改变滑块的重量，并在测量过程中记录滑块的质量。

3. 接下来，我们将滑块放在导轨的一端，对其进行一个恒定的初速度。我们可以通过给滑块一个初始推力来实现初速度。

4. 在滑块运动的过程中，我们测量它在导轨上的运动距离和运动时间。从而得出滑块的速度和加速度。同时，我们还需要在导轨上放置一组测力仪，来测量物体所受的力。

5. 测量完成后，我们将数据记录下来，并通过绘制图表来分析它们之间的关系。

通过气垫导轨实验，我们可以验证牛顿第二定律的正确性。实验结果通常与理论结果非常接近，这表明牛顿第二定律是不可否认的。在实际应用中，我们可以使用牛顿第二定律来计算一些物理量，如动量和能量等，从而更好地理解和解释自然现象。

总之，气垫导轨实验是一种简单有效的实验方法，可以帮助我们验证牛顿第二定律的正确性，同时也可以让我们更加深入地理解力学和物理学的基本原理。

实验专题四 验证牛顿第二定律

1.实验原理

(1)保持质量不变,探究加速度与合力的关系。

(2)保持合力不变,探究加速度与质量的关系。

(3)作出a-F图象和a-1𝑚图象,确定其关系。

2.实验器材

打点计时器、纸带、复写纸、小车、一端附有定滑轮的长木板、小盘、砝码、夹子、细绳、交流电源、导线、天平(带有一套砝码)、刻度尺。

3.实验步骤

(1)测量:用天平测量小盘和砝码的质量m',小车的质量m。

(2)安装:按照如图所示的装置把实验器材安装好,但是不把悬挂小盘的细绳系在小车上(不给小车牵引力)。

(3)平衡摩擦力:在长木板不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木块,使小车能匀速下滑。

(4)操作:①小盘通过细绳绕过定滑轮系在小车上,先接通电源,后放开小车,打点结束后先断开电源,再取下纸带。

②保持小车的质量m不变,改变小盘和砝码的质量m',重复步骤①。

③在每条纸带上选取一段比较理想的部分,测加速度a。

④描点作图,以m'g作为拉力F,作出a-F图象。 ⑤保持小盘和砝码的质量m'不变,改变小车质量m,重复步骤①和③,作出a-1𝑚图象。

4.数据分析

(1)利用Δx=aT2及逐差法求a。

(2)以a为纵坐标,F为横坐标,根据各组数据描点,如果这些点在一条过原点的直线上,说明a与F成正比。

(3)以a为纵坐标,1𝑚为横坐标,描点、连线,如果该线为过原点的直线,就能判定a与m成反比。

5.注意事项

(1)平衡摩擦力:适当垫高木板的右端,使小车的重力沿斜面方向的分力正好平衡小车和纸带受到的阻力。在平衡摩擦力时,不要把悬挂小盘的细绳系在小车上,让小车拉着穿过打点计时器的纸带匀速运动。

(2)不重复平衡摩擦力。

(3)实验条件:m≫m'。

(4)“一先一后一按”:改变拉力或小车质量后,每次开始时小车应尽量靠近打点计时器,并应先接通电源,后释放小车,且应在小车到达滑轮前按住小车。

【典例1】 (多选)在用实验探究加速度与力、质量的关系时,下列关于实验的思路和数据分析中,正确的是( )。