验证牛顿第二定律实验课件.doc

实验：验证牛顿第二定律一、实验原理
1．如图所示装置，保持小车质量M 不变，改变小桶内砂的质量m，从而改变细线对小车的牵引力F（．当．m．<．<．M．时．，．F．=．m．g．近．似．成．立．）．，用打点计时器测出小车的对应加速度a,由多组a、F 数据作出加速度和力的关系a— F 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M，测出小车
的对应加速度a, 由多组a、M 数据作出加速度和质量倒数的关系证加速度是否与质量成反比。

a
1
m
图线, 验
▲平衡摩擦力
．．．．．
的原理：（在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上垫块，使长木板倾斜，便用重力的分力来平衡摩擦力。

）
对小车受力分析，小车受到G、N 和摩擦力 f 三力作用，处于平衡状态时，
y
G x f ，N G y 。

故当木板倾斜一定角度时，可以用重力的分力G x 来平衡摩擦N
f
力。

故验证牛二时，小车受到的拉力 F 即为小车的合力。

Gx
二、实验器材
x
小车，砝码，小桶，砂, 细线，附有定滑轮的长木板,垫块，电火花打点计时器，220V
交流电源, 导线两根, 纸带,托盘天平及砝码，米尺。

Gy
三、实验步骤
1．用调整好的天平测出小车和小桶的质量M 和m ，把数据记录下来。

G
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块，反复移动垫块的位置，直至轻轻推一推小车，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．用逐．差．法．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F，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
1
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
M M
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。

四、注意事项
1．砂和小桶的总质量不要超过小车和砝码的总质量的1/10，为什么？
设，小车和砝码总质量为M，而M 和m 连接在一起运动，
M
有相同的加速度为a，求绳子对小车的拉力F。

m
解：对M 和m 组成的整体受力分析（只分析外力）如图1，则F mg ，
合
图
1
由牛二得：F (M m)a ，即
合a
F
合
M
m
mg
M
m
对小车受力分析(忽略摩擦力)如图2，则F F
合
由牛二得：F合 F Ma
Mmg
M m
图
2
Mmg
故，当M m 时，M m M ，拉力mg
F 。

为使拉力近似为砂和小桶总重力，要满足M m 。

一般要
M m
使小车和砝码总质量M 要比砂和小桶总质量m 大10 倍以上，即M 10m 。

2．在平衡摩擦力时，不要悬挂小桶，但小车应连着纸带且接通电源。

用手给小车一个初速度，如果在纸带上打出的点的间隔是均匀
的，表明小车受到的阻力跟它的重力沿斜面向下的分力平衡
3 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
五、例题
1、在探究加速度与物体质量、物体受力的关系实验中，实验装置如图乙所示：一木块放在水平光滑长木板上，左侧拴有一不可伸长
的细软线，跨过固定在木板边缘的滑轮与一重物相连，重物的质量为m。

木块右侧与穿过打点计时器的纸带相连，在重物牵引下，木
块在木板上向左做匀加速运动.图甲给出了打点计时器在纸带上打出的一些连续的点，它们之间的距离分别为S1、S2、S3、S4、S5、S6，打点计时器所用交流电周期为T0. 根据给以上数据求：
（1）木块的加速度a= .
（2）细线对木块的拉力T= .
（3）为了减少误差,你认为应采取什么措施?
答案：（1）a
（
S
4
S
5
S ）
(
2
6
9T
S
1
S
2
S
3
)
（2）T
mg
ma
mg
m
( S
4
S
5
S
6
)
(
2
9T
S
1
S
3
S
3
)
（3）木块的质量应远大于重物的质量；实验前将木板右端稍垫高，直至木块在细线未挂上重物时能沿木板匀速下滑。

2、在探究加速度与物体所受合外力和质量间的关系时,采用如图所示的实验装置，小车及车中的砝码质量用M 表示，盘及盘中的砝码质量用m 表示，小车的加速度可由小车后拖动的纸带由打点计数器打上的点计算出：
（1）当M 与m 的大小关系满足时，才可以认为绳子对小车的拉力大小等于盘和砝码的重力。

（2）一组同学在先保持盘及盘中的砝码质量一定,探究做加速度与质量的关系,以下做法错误的是：( ) A．平衡摩擦力时，应将盘及盘中的砝码用细绳通过定滑轮系在小车上
B．每次改变小车的质量时，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用天平测出m 以及小车质量M，直接用公式a＝mg/ M 求出。

（3）在保持小车及车中的砝码质量质量M 一定，探究加速度与所受合外力的关系时，由于平衡摩擦力时操作不当，二位同学得到的
a―F 关系分别如下图C、D 所示(a 是小车的加速度.F 是细线作用于小车的拉力)。

其原因分别是： C 图：
D 图：
a a
M
打点计数器
纸带
F
m
0 0 F
C D
答案：（1）m<<M （2）ACD （3）C 图：平衡摩擦力时，长木板的倾角过大了 D 图：没有平衡摩擦力或木板的倾角过小。