实验_验证牛顿第二定律

实验探究加速度与力、质量的关系1．实验目的：探究加速度与力、质量的关系．2．实验原理：利用砂及砂桶通过细线牵引小车做加速运动的方法，采用控制变量法研究上述两组关系．如图所示，通过适当的调节，使小车所受的阻力忽略，当M和m做加速运动时，可以得到mgaMmMFmgMm当M》m时，可近似认为小车所受的拉力T等于mg.本实验第一部分保持小车的质量不变，改变m的大小，测出相应的a，探究a与F的关系；第二部分保持m不变，改变M的大小，测出小车运动的加速度a，探究a与M的关系．3．实验器材打点计时器，纸带及复写纸，小车，一端附有滑轮的长木板，小桶，细绳，砂，低压交流电源，导线，天平，刻度尺，砝码。4.实验步骤(1)用天平测出小车和小桶的质量M和m，把数值记录下来．(2)把实验器材安装好．(3)平衡摩擦力：在长木板的不带滑轮的一端下面垫上一块薄木板，反复移动其位置，直至不挂沙桶的小车刚好在斜面上保持________直线运动为止．(4)将沙桶通过细绳系在小车上，接通电源放开小车，使小车运动，用纸带记录小车的运动情况，取下纸带，并在纸带上标上号码．(5)保持________的质量不变，改变沙桶中的沙的多少，重复步骤(4)，每次记录必须在相应的纸带上做上标记，将记录的数据填写在表格内．(6)建立坐标系，用纵坐标表示加速度，横坐标表示力，在坐标系中描点，画出相应的图线，探究a与F的关系．(7)保持________________的质量不变，改变小车的质量(在小车上增减砝码)，重复上述步骤(5)、(6)，探究a与M的关系．匀速小车沙及小桶2.实验操作时的注意事项(1)在本实验中，必须平衡摩擦力，在平衡摩擦力时，不要把重物系在小车上，即不要给小车加任何牵引力，并要让小车拖着打点的纸带运动．(2)安装器材时，要调整滑轮的高度，使拴小车的细绳与斜面平行，且连接小车和砝码盘应在平衡摩擦力之后．(3)改变小车的质量或拉力的大小时，改变量应尽可能大一些，但应满足砝码盘和盘内砝码的总质量远小于小车和车上砝码的总质量．一般来说，砝码盘和盘内砝码的总质量不超过小车和车上砝码总质量的10%.(4)改变拉力和小车质量后，每次开始时小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，再放开小车，且应在小车到达滑轮前按住小车．例1图15－1是某同学做验证牛顿第二定律的实验时正要打开电源进行实验的情况．指该同学的几个错误．例1(1)未平衡摩擦力；(2)应使用低压交流电源；(3)拉小车的细线应与木板平行；(4)小车应靠近打点计时器；(5)打点计时器应置于木板右端[点评]本实验中，平衡摩擦力是重要的一步，如果没有平衡摩擦力，小车的加速度就不能与拉力F成正比，导致实验失败．使用直流电源则无法让打点计时器正常工作．每次实验时，小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源．【例2】在探索a与F、m关系的实验中备有下列器材：A．打点计时器；B．天平；C．秒表；D．低压交流电源；E．电池；F．纸带；G．细绳、砝码、小车、砂和桶。其中多余的器材是_______________．缺少的器材是________________________．CE附有定滑轮的长木板、刻度尺（双选）在验证牛顿第二定律的实验中，以下说法正确的是()A.平衡摩擦力时，重物应用细线通过定滑轮系在小车上B.实验中始终保持小车和砝码的质量远远大于重物的质量C.实验中如果用纵坐标表示加速度，用横坐标表示小车和车内砝码的总质量，描出相应的点在一条直线上时，即可证明加速度与质量成反比D.平衡摩擦力时，小车后面的纸带必须连好，因为运动过程中纸带也要受到阻力BD变式题BD[解析]平衡摩擦力时，纸带必须连好，细线则不能系在小车上，故A错，D对；小车和砝码的总质量应远大于重物的质量，故B对；若横坐标表示小车和车内砝码的总质量，则a－M图是双曲线，不是直线，故C错．►探究点二数据处理与误差分析1.数据处理(1)先在纸带上标明计数点，测量各计数点间的距离，根据公式a＝ΔxT2计算加速度．(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，如果图线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，横坐标表示总质量的倒数1M，描点画a－1M图象，如果图线是一条过原点的直线，就证明了加速度与质量成反比．温馨提示：a与1M是正比关系，a－1M图象是直线，a与M是反比关系，a－M图象是曲线，在研究两个量的关系时，直线更易确定两者之间的关系，故本实验作a－1M图象．2.误差分析(1)质量的测量、纸带上打点计时器打点间隔距离的测量、拉线或纸带不与木板平行等都会造成误差．(2)因实验原理不完善引起误差．通过适当的调节，使小车所受的阻力可忽略，当M和m做加速运动时，可以得到a＝mM＋mg，T＝mg·mM＋m只有当M≫m时，才可近似认为小车所受的拉力T等于mg，所以本实验存在系统误差．(3)平衡摩擦力不准造成误差．在平衡摩擦力时，除了不挂小桶外，其他的都应跟正式实验一样(比如要挂好纸带、接通打点计时器)，匀速运动的标志是打点计时器打出的纸带上各点间的距离相等．“探究加速度与物体质量、物体受力的关系”的实验装置如图15－4甲所示．(1)在小车某次运动过程中，打出了一条纸带如图15－4乙所示．计时器打点的时间间隔为0.02s，从比较清晰的点起，每5个点取一个计数点，并量出了相邻计数点之间的距离．该小车的加速度a＝________m/s2.(结果保留三位有效数字)1.66或1.65(2)一组同学先保持盘及盘中的砝码质量m一定，探究加速度与小车(包括车中砝码)质量M的关系，以下做法正确的是()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根据m以及M，直接用公式a＝mgM求出B(3)在保持小车及车中的砝码质量M一定，探究加速度与所受合外力的关系时，二位同学根据各自的实验数据分别作出的a—F图线如图15－5甲、乙所示，对这两图的分析正确的是()A.甲图图线不通过原点，可能是因为计算F时未计入砝码盘的重力B.甲图图线不通过原点，可能是因为没有平衡摩擦力C.乙图图线的弯曲部分，是因为小车的质量太大D.乙图图线的弯曲部分，是因为盘中的砝码总质量太大AD