实验《验证牛顿第二定律》学习指导

实验验证牛顿第二定律（高考必考）一、实验目的：本实验的研究对象是小车，因此本实验的目的就是通过实验来验证小车产 生的加速度大小是否真的是与小车受到的合力大小成正比，与小车的质量成反比。二、实验方法：控制变量法（即先保持小车的质量不变，验证小车的加速度是否与它受到 的合力成正比；再保持小车所受的合力不变，验证小车的加速度是否与它的质量成反比），实验装置如图所示三、实验应满足的条件：1、怎样测量小车受到的合力？本实验是直接将砝码砝码的重量作为小车所受到的合力的。 这此必须满足以下两个条件：本来小车在水平方向受到的力有绳子的拉力和木板的摩擦力，但要直接测量拉力和摩擦 力很困难，因此本实验是直接将砝码盘和砝码的重量作为小车所受到的合力，为此做本实 验必须满足如下两个条件：（1）须平衡掉小车所受到的摩擦力（平衡摩擦力的方法是：在 不挂上砝码盘和砝码的情况下，将垫在长木板下的小木垫反复移动，直到轻推一下小车， 小车恰能匀速下滑为止）（2）小车的质量M要远远大于砝码盘和砝码的质量m,即Mm。2、怎样测量小车的加速度？用打点计时器来测量。四、实验步骤与数据处理方法：（一）先保持小车的质量不变，验证加速度是否与合力成正比1、用天平测出小车的质量M和砝码盘、砝码的总质量m；2、平衡摩擦力：在不挂上砝码盘和砝码的情况下，将垫在长木板下的小木垫反复移动，直 到轻推一下小车，小车恰能匀速下滑为止。平衡摩擦力只需做一次，不需每次都要平衡 摩擦力。3、挂上砝码盘和砝码，让小车紧靠打点计时器，先接通电源，再释放小车，让打点计时器 在纸上打出一系列点，取下纸带并在纸带上标上该纸带的号码。4、保持小车的质量M不变，改变小车所受到的合力（即改变砝码盘和砝码的质量）再重 复上述步骤5、记录出每次实验时小车所受到的合力，并通过纸带用逐差法计算出小车相应的加速度6、将每次测到的小车受到的合力F与小车的加速度a在aF图上描点，看能否作出一 条过原点的倾斜直线，若是表明a与F成正比。（作图线的方法：使尽量多的点落在一条直线上，个别点分布在该直线的两侧，极个别偏 离直线较远的点可去掉）（二）保持小车所受的合力不变，验证小车的加速度是否与它的质量成反比。 步骤的前3步与上述相同。只是第4步改为：保持小车所受的合力不变，通过不断在小车 上面加上砝码的方法来改变小车的质量。五、实验误差分析：1、若根据实验数据描点后作出的图象如图1所示，原因是：平衡摩擦力时长木板的倾角过 大；2、若根据实验数据描点后作出的图象如图2所示，原因是：没有平衡摩擦力或平衡摩擦力 时第木板被垫起的倾角过小精选练习题1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 车及车中的祛码质量用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) 实验时首先要进行的步骤是，具体方法是(2) 只有当M与m的大小关系满 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。m图5(3) 一组同学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=m g/M求出。(4) 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：(5)某同学做该实验时打出如图A所示的一条纸带，则小车的加速度的表达式为(6)乙、丙同学用同一装置实验，画出a-F图象如图B (b)所示，说明两个同学做实验时的哪一个 物理量取值不同？并比较其大小。料K S平S5平S6ABCDEFG2、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 距离分别为耳、S2、S3、S4、S5、S6,打点计时器所用交流电周期为T.根据给以上数据求：(1) 木块的加速度a=(2) 设长木板光滑，若牛顿第二定律成立，则细线对木块的拉力为F=(3) 若长木板不光滑，为了减少误差，你认为应采取什么措施？图十一3、某同学设计了一个探究加速度与物体所受合力F及质量m的关系实验如图(a)为 装置简图，A为小车，B为打点计时器，C砝码，D为一端带有定滑轮的长方形0木板，实验中认为细绳对小车拉力F等于祛码的总重量，小车运动加速度a可用纸带上点 求得：电源插头纸带运动方向严图(b)为某次实验得到的纸带(交流电的周期为TO. 02S,试由图中数据求出小车加速 度值为()保持砂和砂桶质量不变，改变小车质量m,分别得到小车加速度a与质量m及对应的丄数据如下表:m定量关系式是.(3)保持小车质量不变，改变砝码的重量，该同学根据实验数据作出了加速度a与合力 F图线，如图(d)所示，该图线不通过原点，明显超出偶然误差范围，其主要原因是4、和打点计时器一样，光电计时器也是一种研究物体运动情况的常用计时仪器，其结构如 图甲所示，a、b分别是光电门的激光发射和接收装置，当有物体从a、b间通过时，光 电计时器就可以显示物体的挡光时间.现利用如图乙所示的装置测量滑块和长1 m左右 的木板间的动摩擦因数，图中MN是水平桌面，Q是木板与桌面的接触点，1和2是固定 在木板上适当位置的两个光电门，与之连接的两个光电计时器没有画出. 此外，在木板 顶端的P点还悬挂着一个铅锤.让滑块d从木板的顶端滑下,光电门1、2各自连接的计 时器显示的挡光时间分别为2.5X10-2 s和1.0X10-2S，小滑块d的宽度为0.5 cm. (1)滑块通过光电门1的速度V=m/s,滑块通过光电门2的速度v2=m/s.已知当地的重力加速度为g，V,v2和两个光电子之间的距离为L已知，用提供的米尺测 出P点到桌面高度h；重锤在桌面上所指的点与Q点的距离a,动摩擦因数的表达式“ =(用字母表示).