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实验验证牛顿第二定律高一物理：邓苏华2013年1月16日1、实验目的：探究a与F合关系，a与M关系.2、实验原理：①控制变量法（1）保持小车的质量M不变，探究a与力F的关系，（2）再保持托盘和砝码的质量m不变，改变小车质量M，探究a与M的关系．②图像法处理数据：F合3．实验器材打点计时器，小车，一端附有滑轮的长木板，小桶，细绳，沙，交流电源，天平，刻度尺，砝码．Tf∴F合=T-f注意：每次改变小车质量时，无需重新平衡摩擦力4、平衡摩擦力1）在长木板不带滑轮的一端下垫一块薄木板2）轻推小车，反复移动薄木板位置，直至不挂托盘的小车刚好在斜面上保持匀速运动为止.（打出一条分布均匀的纸带）1)用天平测出小车和托盘的质量M和m02)按图把实验器材安装好，并平衡好摩擦力3)悬挂装有适量砝码的砝码盘.先接通电源，再释放小车，打点计时器在纸带上打下一系列的点，取下纸带。5、实验步骤4)保持小车质量M不变，改变托盘中砝码的质量m，即改变小车所受牵引力F，重复步骤35、实验步骤5）保持砝码和托盘总质量m不变，在小车上加砝码，即改变小车M，重复步骤36）选取几条理想的纸带，分别计算出各纸带对应的加速度.根据实验数据，画出a—F，a-1/M图像.T=F合对小桶：mg－T＝ma①对小车：T＝Ma②联立①②知a＝mM＋mg③T＝MmgM＋m＝mgM＋mM＝mg1＋mM④对小桶：mg－T＝ma①对小车：T＝Ma②联立①②知a＝mM＋mg③T＝MmgM＋m＝mgM＋mM＝mg1＋mM④加速度：F合=T当M≫m时，可近似认为小车所受的拉力T＝mg，即小车所受的合外力F合＝mg.6、注意事项1)平衡摩擦力：实验首要工作。不要悬挂小桶，但小车应连着纸带且接通电源．衡了平摩擦力后，不需再重新平衡摩擦力．2)实验条件：M(车)≫m(托盘和砝码)，托盘和砝码的总重力才可视为小车受到的拉力，即对车F合=mg．3)一先一后：每次开始时，细线要与木板平行，小车应尽量靠近打点计时器，并先接通电源，后释放小车4)作图：作图时两轴标度比例要适当．各量须采用国际单位．且作a-F图像和a-1/M图像例1：如下图所示为某同学所安装的“验证牛顿第二定律”的实验装置，在图示状态下，开始做实验，该同学有装置和操作中的主要错误是：（至少三项）____①未平衡摩擦力②使用直流电源③牵引小车的细线不与木板平行④开始实验时，小车离打点计时器太远例2：验证牛顿第二定律实验中说法正确的是()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的质量远远大于重物的质量C.实验中若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7、图像分析弯曲原因：不满足Mm未平衡摩擦力或倾角过小（如：未取下沙桶）平衡摩擦力倾角过大（如：未轻推小车）7、图像分析未平衡摩擦力或倾角过小（如：未取下沙桶）激光8、用光电门证F=ma档光片通过光电门时的速度：dvt例3：某实验小组利用下图所示的实验装置来探究：当物体质量一定时，物体的加速度与其所受合外力的关系。1)已知遮光片的宽度为d,图中刻度尺读出两个光电门中心之间的距离为s，.该实验小组在做实验时，将滑块从图所示位置由静止释放，由数字计时器可以读出遮光条通过光电门1的时间Δt1，遮光条通过光电门2的时间Δt2，则滑块经过光电门1时的瞬时速度的表达式v1＝____________，滑块经过光电门2时的瞬时速度的表达式v2＝____________，则滑块的加速度的表达式a＝____________.(均用字母表示)2）改变钩码的质量，重复实验。据实验数据作出a-F图像，如右图甲。A(1)OA段是直线，你可得到的结论：B在实验误差允许外围内，(2)OB段弯曲的原因是：当物体质量一定时，物体的加速度与其所受合外力成正比不满足滑块的质量M远大于钩码的质量m3)为减小测量a时的实验误差，可采取的方法是()A．增大两挡光片宽度dB．减小两挡光片宽度dC．增大两挡光片间距sD．减小两挡光片间距s例4：在探究物体的加速度a与物体所受外力F、物体质量M间的关系时，采用如下图所示的实验装置．小车及车中的砝码质量用M表示，盘及盘中的砝码质量用m表示．（交流电频率为50HZ）D．用天平测出m以及小车质量M，小车运动的加速度可直接用公式a＝mgM求出(1)当M与m的大小关系满足________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．(2)某一组同学先保持盘及盘中的砝码质量m一定来做实验，其具体操作步骤如下，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，再接通打点计时器的电源Mm的加速度大小为________m/s2.(保留两位有效数字)3）下图为某次实验得到的纸带，根据纸带可求出小车3.24)保持小车质量M不变，改变沙和沙桶质量m，有甲、乙位同学根据实验数据作出了加速度a随合力F的变化图线如下图甲、乙所示．其中图线不通过原点，甲的主要原因__________________。乙的主要原因。甲平衡摩擦力过度(或斜面倾角过大)未平衡摩擦力或平衡摩擦力不够(即斜面倾角过小)完