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实验报告:验证牛顿第二定律
一、实验目的
验证牛顿第二定律,即物体加速度与作用力成正比,与物体质量成反比。
掌握控制变量法在实验中的应用。
学会使用打点计时器和测量加速度、力等物理量。
二、实验原理
根据牛顿第二定律,加速度a与作用力F成正比,与物体质量m成反比,数学表达式为:F=ma。
三、实验步骤
实验器材准备:打点计时器、纸带、一端固定有定滑轮的长木板、小车、小盘、砝码、导线、电源等。
安装实验装置:将打点计时器固定在长木板上,将纸带穿过打点计时器和小车,使小车可以靠近打点计时器。
调节平衡摩擦力:调节小车支架高度,使小车在无外力作用下滑动,观察小车是否做匀速直线运动。若不是,则通过调节滑轮高度来改变斜面倾角,使小车做匀速直线运动。
挂上砝码盘,放入砝码,开始实验。
打开电源,释放小车,小车在砝码和盘的重力作用下开始加速运动,打点计时器在纸带上打下一系列点。
重复实验多次,每次改变砝码的质量或力的大小,记录数据。
处理数据,分析实验结果。
实验结果与分析
数据记录:
序号
砝码质量m(g)
砝码重力F(N)
小车质量m’(g)
纸带加速度a(m/s2)
1
50
4.9
100
0.98
2
100
9.8
100
1.961
3
150
14.7
100
2.942
4
50
4.9
50
1.961
5
50
4.9
200
0.490
数据处理与分析:
根据表格中的数据,我们可以看出:
(1)在保持小车质量不变的情况下,作用力(砝码重力)与加速度成正比,即F=ma成立。
(2)在保持作用力不变的情况下,加速度与小车质量成反比,即F=ma成立。
(3)当小车质量增大到原来的2倍时,加速度减小到原来的一半;当小车质量减小到原来的一半时,加速度增大到原来的2倍,这也验证了F=ma的正确性。
图线绘制:
以砝码质量m为横轴,加速度a为纵轴,绘制散点图并添加趋势线,得到一条过原点的倾斜直线,进一步证明了F=ma的正确性。
五、结论总结
通过本次实验,我们验证了牛顿第二定律的正确性。实验过程中采用了控制变量法,通过改变砝码的质量和力的大小来改变加速度的大小,从而验证了牛顿第二定律的正确性。同时,我们也学会了使用打点计时器和测量加速度、力等物理量的方法。
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