验证牛顿第二定律.doc

验证牛顿第二定律 一、实验目的 1(学会用控制变量法研究物理规律( 2(探究加速度与力、质量的关系( 3(掌握灵活运用图象处理问题的方法( 二、实验原理 控制变量法，在所研究的问题中，有两个以上的参量在发生牵连变化时，可以控制某个或某些量不变，只研究其中两个量之间的变化关系的方法，这也是物理学中研究问题时经常采用的方法( 本实验中，研究的参量为F、m和a，可以控制参量m一定，研究F与a的关系，也可控制参量F一定，研究m与a的关系( 实验原理思考: 1)放在水平长木板上运动过程中的小车严格地说受那几个力(画出受力图)，F等于什么, 合 2)小车在绳拉力作用下向右加速过程中，盘及其中的砝码做什么运动,您能用牛顿第二定律严格推出水平面光滑情况下小车的加速度及绳中的拉力吗,比较拉力与盘及其中砝码的重力，要近似相等，应满足什么条件, 3)小车所受合力要近似等于盘及其中砝码的重力，应该注意什么问题, 4)如何平衡摩擦力,如何知道结果，能完全平衡吗,(可能出现平衡不够或或平衡过大两种情况)平衡过程中小车连不连纸带，用不用连接盘, 5)平衡完摩擦力后，小车用绳连上盘后，小车受到的摩擦力是否改变，滑轮的高低要影响绳子与长木板是否平行，如果绳子与长木板平行是否影响小车受到的摩擦力, 6)小车质量不变条件下，改变砝码重力，a,F的关系图画出来是一个什么样的形状,斜率代表什么, 17)在盘及砝码重力不变条件下，改变小车质量，a,的图像是什么样的特点,斜率代表什么, M 18)如果将小车中的砝码(或沙)移往盘中，再研究a,F图象、a,图象,(注M 意前有一个为直线，不会有曲线，总质量不变)斜率代表什么, 9)如果画出来的图线不过坐标原点，分析其中的原因, 10)若改为气垫导轨，还需要平衡摩擦力吗,如何检验导轨水平,(在任何位 置滑块静止，或让其运动看是否匀变速直线运动) 11)能否侧出真实拉力，该如何改进,用什么器材测拉力,(弹簧秤、传感器) 12)另外一种验证牛顿第二定律的实验装置是什么，复习原理,(控制同时静止，同时运动) 13)验证牛顿过第二定律的实验往往和探究系统机械能守恒定律的实验相联系，你会分析本实验中在忽略摩擦力情况下，能量转化情况吗, 三、实验器材 打点计时器;纸带及复写纸;小车;一端附有定滑轮的长木板;小盘和砝码;细绳;低压交流电源;导线;天平;刻度尺( 四、实验步骤(如图) 1(用天平测量小盘的质量m和小车的质量M. 2(把一端附有滑轮的长木板放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面， 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，由纸带计算出小车的加速度，并把 Shmqy 第 1 页 2013-3-30 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) -2) 小车受力F/N 实验次数 加速度a/( m?s 1 2 3 4 表二 -2实验次数 加速度a/(m?s) 砝码和小车的总质量M/kg 1 2 3 4 五、数据处理 1(需要计算各种情况下所对应的小车加速度，可使用“研究匀变速直线运动”的方法:先在纸带上 Δx标明计数点，测量各计数点间的距离，根据公式a,计算加速度( 2T 2(需要记录各组对应的加速度a与小车所受牵引力F，然后建立直角坐标系，用纵坐标表示加速度a，横坐标表示作用力F，描点画a,F图象，如果图象是一条过原点的直线，便证明加速度与作用力成正比(再记录各组对应的加速度a与小车和砝码总质量M，然后建立直角坐标系，用纵坐标表示加速度a，横坐标 11表示总质量的倒数，描点画a,图象，如果图象是一条过原点的直线，就证明了加速度与质量成反比( MM 六、误差分析 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