广东粤教版学海导航新课标高中总复习(第1轮)物理：第3章_第4讲实验：验证牛顿第二定律

实验：验证牛顿第二定律第讲41．实验目的、原理实验目的：验证牛顿第二定律，即物体的质量一定时，加速度与作用力成正比；作用力一定时，加速度与质量成反比．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：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，验证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，验证a与M的关系．2．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，两根导线，天平，刻度尺，砝码．3．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)按图所示把实验器材安装好．(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，直至不挂砂桶的小车刚好在斜面上保持匀速运动为止．(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，直至不挂砂桶的小车刚好在斜面上保持匀速运动为止．(4)将砂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)保持小车的质量不变，改变砂桶中的砂量重复步骤(4)，每次记录必须在相应的纸带上做上标记，列表格将记录的数据填写在表内．(6)建立坐标系，用纵坐标表示加速度，横坐标表示力，在坐标系上描点，画出相应的图线以验证a与F的关系．(7)保持砂及小桶的质量不变，改变小车的质量(在小车上增减砝码)，重复上述步骤(4)、(5)、(6)验证a与M的关系．4．注意事项(1)整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变砂和砂桶的质量还是改变小车及砝码的质量都不需要重新平衡摩擦力，平衡摩擦力是指小车所受动力(重力沿斜面向下的分力)与小车所受的阻力(包括车受的摩擦力和打点计时器对纸带的摩擦力)大小相等，实验中，应在车后拖上纸带，先接通电源后再用手给小车一个初速度，若在纸带上打出的点子间隔基本均匀，才表明平衡了摩擦力，否则必须调整小木板的位置．(2)平衡摩擦力后每条纸带必须满足在小车加砝码的质量远大于砂和砂桶的总质量的条件下进行，只有这样，砂和砂桶的总重力才可视为小车受到的拉力．(3)改变拉力和小车质量时，每次开始实验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，且在小车到达滑轮前应按住小车．(4)各纸带上的加速度a都应是该纸带上的平均加速度．(5)作图象时，要使尽可能多的点在所作的直线上，不在直线上的点应可能对称分布在所作的直线两侧．一打点计时器固定在斜面上某处，一小车拖着穿过打点计时器的纸带从斜面上滑下，如图3-4-1甲所示.图乙是打出的纸带的一段.图3-4-1例1(1)已知打点计时器使用的交流电频率为50Hz，利用下图给出的数据可求出小车下滑的加速度a=.(2)为了求出小车在下滑过程中所受的阻力，还需要测量的物理量有。.用测得的量及加速度a表示阻力的计算式为f=.实验操作处理及加速度求解考点(1)(逐差法)=3.88m/s2解析45612329ssssssaT226.987.608.24(5.125.746.37)1019(2)50［］(2)由牛顿第二定律mgsinθ-f=ma得(1)3.88m/s2(2)小车质量m；斜面上任意两点间距离l及这两点的高度差逐差法是常考内容应过关.sinhfmgmamgmaLmghhmal答案点评在验证牛顿第二定律的实验中，一个同学打出了5条纸带后，测出了纸带中相邻的每五段间的距离和每条纸带对应的小车的受力情况(见表)，处理数据后在图3-4-2所示的坐标中画出a-F图线.图3-4-2小车受到的力F(N)s1(cm)s2(cm)s3(cm)s4(cm)0.054.514.765.005.260.104.635.125.606.110.154.855.606.367.100.205.126.117.108.090.255.386.647.907.16先根据所给的数据利用公式Δs=at2算出小车在不同受力情况下的加速度值，分别为0.25m/s2、0.49m/s2、0.75m/s2、0.99m/s2、1.26m/s2.如图所示，解析在坐标系中标点后，画出图线为一条直线.