验证牛顿第二定律实验

实验四：验证牛顿第二定律牛顿运动定律一、【实验目的】——定量分析a、F合、m的关系。二、【实验原理】研究方法：控制变量法B．F一定时，a与m的定量关系A．m一定时，a与F的定量关系◆．实验设计:——参考方案一：用打点计时器探究小车：研究对象，可用天平称其质量M.打点计时器：测量小车运动过程中的加速度a.砝码盘和砝码：重力mg提供拉力合力F=?GFNFf平衡摩擦力：GG1FNfG1平衡摩擦力f。当M≥m时，可近似认为小车所受的拉力T等于mg.三、【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，小盘和砝码，细绳，低压交流电源，导线，天平，刻度尺．四、【实验步骤】1．用天平测出小车、砝码的质量M和小盘与砝码的总质量m，把数据记录下来．2．安装好实验装置，在小车上装好纸带，纸带另一端穿过计时器限位孔，调整木板倾斜程度，平衡摩擦力。【实验步骤】3．控制小车质量不变，用细线将小盘与小车相连（小盘质量远小于小车质量），打开打点计时器，释放小车，测出一组数据。4．改变小盘内砝码个数，多测几组数据。算出每条纸带对应的加速度的值，填入表格（一）中。5．保持小盘内砝码个数不变，改变小车质量，再测几组数据。并将对应的质量和加速度的值，填入表格（二）中。五、【数据处理】1．实验数据的记录处理：m一定，a与F关系实验次数F(N)a(m/s2)123450.100.1460.200.3020.300.4280.400.5920.500.751F/Na/m·s-20.150.300.450.600.7500.10.20.30.40.5如何更直观地处理数据？结论：m一定时，a∝F【数据处理】2．实验数据的记录处理：F一定，a与m的关系次数m/kga/m·s-210.4000.86120.5000.69230.7500.47041.0000.35251.2000.2901/mkg-12.502.001.331.000.83m/kga/m·s-20.20.40.60.81.000.20.40.60.81.01.2a/m·s-20.20.40.60.81.000.51.01.52.02.5/kg-1m1结论：F一定时，a∝1/m六、【注意事项】1．在平衡摩擦力时，不要把悬挂小盘的细线系在小车上，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．每条纸带必须在满足小车与车上所加砝码的总质量远大于小盘和砝码的总质量的条件下打出．只有如此，小车受到的拉力才可视为等于小盘和砝码的总重力．3．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．【注意事项】4．作图象时，要使尽可能多的点分布在所作直线上，不在直线上的点应尽可能对称分布在所作直线两侧．5．作图时两轴标度比例要选择适当，各量须采用国际单位．这样作图线时，坐标点间距不至于过密，误差会小些．七、【误差来源】1．测量误差：（1）质量的测量．（2）打点间隔距离的测量．2．操作误差：（1）拉线或纸带不与木板平行．（2）倾斜角度不当，平衡摩擦力不准．3．原理误差：本实验中用小盘和砝码的总重力代替小车受到的拉力(实际上小车受到的拉力要小于小盘和砝码的总重力)，存在系统误差.实验误差分析（1）【练3—1】在“验证牛顿第二定律”的实验中，实验装置如图（1）所示，有两位同学通过测量作出a－F图象，如下图（2）所示甲、乙中的A、B图线．试分析：（2）①．A图线不通过坐标原点的原因是______________________________________；A图线上部弯曲的原因是________________________________。没有平衡摩擦力或摩擦力平衡不够未满足盘和砝码质量远小于小车质量②．B图线在纵轴上有截距的原因是？平衡摩擦力时，长木板倾角过大，小车沿斜面向下分力大于摩擦力，，使尚未对小车施加力时，小车已有加速度．【题5】为了探究加速度与力的关系，使用如图所示的气垫导轨装置进行实验．其中G1、G2为两个光电门，它们与数字计时器相连，当滑行器通过G1、G2光电门时，光束被遮挡的时间Δt1、Δt2都可以被测量并记录，滑行器连同上面固定的一条形挡光片的总质量为M，挡光片宽度为D，光电门间距离为x，牵引砝码的质量为m.回答下列问题：(1)实验开始应先调节气垫导轨下面的螺钉，使气垫导轨水平，在不增加其他仪器的情况下，如何判定调节是否到位？解析：(1)如果气垫导轨水平，则不挂砝码时，M应能在任意位置静止不动，或推动M后能使M匀速运动(Δt1=Δt2)．直接测量—光电门(2)若取M＝0.4kg，改变m的值，进行多次实验，以下m的取值不合适的一个是__________．A．m1＝5gB．m2＝15gC．m3＝40gD．m4＝400g解析：(2)应满足M≫m，故m4＝400g不合适．D(3)在此实验中，需要测得每一个牵引力对应的加速度，求得的加速度的表达式为__________．由：v1＝D/Δt1，v2＝D/Δt2，v22－v12＝2axa=()－()DΔt22DΔt122x可得：直接测量—光电门◆．小结：明确几个问题1．怎么设计这个实验?（1）．测量哪些量?（2）．怎么测量?a、F合、mm：a：F合：天平……求出物体所受的合力2．如何由实验得出结论?——数据处理：m不变时，a与F关系；F不变时，a与m关系。如何测量加速度a？构建一匀变速直线运动1.直接测量2.间接比较打点计时器光电门0vvat20220122xvtatvvax对应仪器20210,22vxatxata与x成正比,用x比较a的大小控制运动时间t相同