速度、加速度的测定和牛顿运动定律的验证
大学物理实验教案5-牛顿第二定律的验证
大学物理实验教案实验名称：牛顿第二定律的验证 实验目的：1．熟悉气垫导轨的构造，掌握正确的使用方法。
2．熟悉光电计时系统的工作原理，学会用光电计时系统测量短暂时间的方法。
3．学会测量物体的速度和加速度。
4．学习在气垫导轨上验证牛顿第二定律。
实验仪器：〕 滑块电脑通用计数器〔MUJ-ⅡB 〕 电子天平 游标卡尺 气源 砝码实验原理：力学实验最困难的问题就是摩擦力对测量的影响。
气垫导轨就是为消除摩擦而设计的力学实验的装置，它使物体在气垫上运动，防止物体与导轨外表的直接接触，从而消除运动物体与导轨外表的摩擦，让物体只受到几乎可以忽略的摩擦阻力。
利用气垫导轨可以进行许多力学实验，如测定速度、加速度、验证牛顿第二定律、动量守恒定律、研究简谐振动等。
根据牛顿第二定律，对于一定质量m 的物体，其所受的合外力F 和物体所获得的加速度a 之间存在如下关系：ma F = 〔1〕此实验就是测量在不同的F 作用下，运动系统的加速度a ，检验二者之间是否符合上述关系。
在调平导轨的基础上，测出阻尼系数b 后，如下列图所示，将细线的一端结在滑块上，另一端绕过滑轮挂上砝码0m 。
此时运动系统〔将滑块、滑轮和砝码作为运动系统〕所受到的合外力为：c a g m v b g m F )(00-⋅--= 〔2〕式中平均速度v 〔单位用s m /〕与粘性阻尼常量b 之积为滑块与导轨间的粘性阻力，c a g m )(0-为滑轮的摩擦阻力，暂时不考虑这项。
在此方法中运动系统的质量m ，应是滑块质量1m ，全部砝码质量〔包括砝码托〕∑m 以及滑轮转动惯量的换算质量2r I〔I 为滑轮转动惯量，r 为轮的半径〕之和，即： 21rIm m m ++=∑ 〔3〕其中2rI由实验室提供。
另外在实验中应将未挂在线上的砝码放在滑块上，保持运动系统质量一定。
3．用测量的F 与a 验证式〔1〕时，应检验：（1） F 与a 之间是否存在线性关系？当a 、F 的测量组数5>n ，关联系数88.0),(>F a r 时，就可认为a 、F 间存在线性关系。
大一下物理实验【实验报告】 用气垫导轨研究物体的运动
东南大学物理实验报告姓名学号指导老师日期座位号报告成绩实验名称用气垫导轨研究物体的运动目录预习报告...................................................2~5 实验目的 (2)实验仪器 (2)实验中的主要工作 (2)预习中遇到的问题及思考 (3)实验原始数据记录 (4)实验报告…………………………………………6~12 实验原理………………………………………………………实验步骤………………………………………………………实验数据处理及分析…………………………………………讨论……………………………………………………………实验目的：1、了解气垫导轨的工作原理2、掌握利用气垫导轨测量运动物体的加速度和重力加速度3、验证牛顿第二运动定律实验仪器（包括仪器型号）：仪器名称型号规格生产厂家仪器编号气垫导轨和附件MUJ-6B电脑通MUJ-6B用计数器天平试验中的主要工作：实验一：1、练习通用计数器的基本使用2、调平气垫导轨：①粗调:在导轨中部相隔50cm放置两个光电门，接通气源确定导轨通气良好，然后调节导轨的调平螺钉，使滑块在导轨上保持不动或稍微左右摆动。
②细调: 设置计数器在S2功能，给滑块一个适当的初速度，观察滑块经过前后光电门的时间t1，t2，仔细调节调平螺钉，使t1 略小于t2即可。
实验二：1、打开MUJ-6B电脑通用计数器，选择加速度功能，设置挡光片宽度值2、安置光电门A和B，取S=|X B-X A|=50.0cm，在滑块上安装挡光片和小钩套，打开气源，调整导轨水平3、利用小滑块，配重块4块，砝码1只，砝码盘等附件验证a1/M的关系4、利用小滑块，配重块4块，砝码5只，砝码盘等附件验证F a的关系预习中遇到的问题及思考：1、在实验中如何调节导轨水平？答：先进行粗调，在导轨中部相隔50cm放置两个光电门，接通气源确定导轨通气良好，然后调节导轨的调平螺钉，使滑块在导轨上保持不动或稍微左右摆动。
大一下物理实验【实验报告】 用气垫导轨研究物体的运动
东南大学物理实验报告姓名学号指导老师日期座位号报告成绩实验名称用气垫导轨研究物体的运动目录预习报告...................................................2~5 实验目的 (2)实验仪器 (2)实验中的主要工作 (2)预习中遇到的问题及思考 (3)实验原始数据记录 (4)实验报告…………………………………………6~12 实验原理………………………………………………………实验步骤………………………………………………………实验数据处理及分析…………………………………………讨论……………………………………………………………实验目的：1、了解气垫导轨的工作原理2、掌握利用气垫导轨测量运动物体的加速度和重力加速度3、验证牛顿第二运动定律实验仪器（包括仪器型号）：仪器名称型号规格生产厂家仪器编号气垫导轨和附件MUJ-6B电脑通MUJ-6B用计数器天平试验中的主要工作：实验一：1、练习通用计数器的基本使用2、调平气垫导轨：①粗调:在导轨中部相隔50cm放置两个光电门，接通气源确定导轨通气良好，然后调节导轨的调平螺钉，使滑块在导轨上保持不动或稍微左右摆动。
②细调: 设置计数器在S2功能，给滑块一个适当的初速度，观察滑块经过前后光电门的时间t1，t2，仔细调节调平螺钉，使t1 略小于t2即可。
实验二：1、打开MUJ-6B电脑通用计数器，选择加速度功能，设置挡光片宽度值2、安置光电门A和B，取S=|X B-X A|=50.0cm，在滑块上安装挡光片和小钩套，打开气源，调整导轨水平3、利用小滑块，配重块4块，砝码1只，砝码盘等附件验证a1/M的关系4、利用小滑块，配重块4块，砝码5只，砝码盘等附件验证F a的关系预习中遇到的问题及思考：1、在实验中如何调节导轨水平？答：先进行粗调，在导轨中部相隔50cm放置两个光电门，接通气源确定导轨通气良好，然后调节导轨的调平螺钉，使滑块在导轨上保持不动或稍微左右摆动。
牛顿第二定律的实验验证及教学处理
牛顿第二定律的实验验证及教学处理用实验验证牛顿第二定律，历来受到物理教师的重视，历史上最成功的是英国剑桥大学的一位教师阿特武德（1746～1807）设计了一套简单的滑轮装置，即阿特武德机，事先测定质量m1和m2，通过实验测定自由释放后下降或上升的距离及对应的时间，从而求出加速度，其结果与理论值较为一致，牛顿第二定律得到验证，后来，教师们将阿特武德机横向放置于水平桌面，可取得相同效果，而操作测量更加简单、实用，这就是所谓的横式阿特武德机．建国以后，我国历次统编高中物理教材，对牛顿第二定律的教学处理，基本上都是在学生懂得加速度并能测量后，在建立了力和质量的初步概念的基础上，通过演示实验测定在质量一定的情况下加速度与作用力成正比以及相同作用力情况下，加速度与质量成反比，从而导出牛顿第二定律．在理解该定律的基础上，再安排学生分组实验，让学生独立进行操作．这样不仅可以加深对该定律的理解，并通过实验进行实验思想的教育和实验方法的训练．为了提高验证第二定律的实验精确性，20世纪80年代，教师们采用了气垫导轨和光电计时的方法．虽然这种方法在一定程度上提高了实验精确度，但仪器套件昂贵，许多学校因条件所限而无法采用．与此同时，中学教学中又采用了横向导轨、电磁打点计时的方法验证牛顿第二定律．其特点是简单易行、操作方便．但由于方法粗糙、误差较大，且电磁打点计时器难于维修和调试，在实施中弊端越来越突出．我国80年代末新研制并上市的、使用电火花描迹的“一维运动描迹仪”既简单易行、操作方便、安全可靠，又能减小误差、提高精确度，适宜于教师演示和学生操作，从而为验证牛顿第二定律提供需要的可靠数据．牛顿第二定律发现的历史考查在牛顿之前，没有一个科学家定量地研究过力与加速度的量值关系和方向关系．牛顿早在他的《自然哲学的数学原理》发表前22年（即1665年），通过研究惯性运动的变化与作用力的关系，开始注意运动第二定律．他在《流水账》的定理107中，提出使物体运动的力或保持物体运动的力“与物体（即质量）成比例”，因此，“任何一物体发生的运动与作用于它们上的力成比例”，但是，牛顿在1684年之前在没有做大量有关实验和未提出惯性质量概念的条件下，不可能得出第二定律的定量结果．直到1687年出版《原理》一书时，在充分的实验研究和大量的理论准备基础上提出该定律的定量表述．该书《运动的公理或定律》中写道：“运动的变化正比于外力，变化的方向沿外力作用的直线方向．”在该书的进一步阐释中，牛顿还明确提出了“作用力等于加速度乘以质量”的表述．300多年来，直到现在，教科书都采用了这种表述，教科书的数学表述通常是：F＝ma或F＝d（mv）／dt．牛顿第二定律教学纵横谈牛顿第二定律是动力学理论的核心，各类基础物理教科书，历来都将该定律置于中心位置，作为重点内容．在对这一定律的教学处理上，却有各种不同的方式．有的把第二定律作为实验定律引进；有的把它作为动量对时间变化率的数学演绎导出；更多的是在力、质量和加速度概念基础上，以公理的形式直接提出第二定律．处理方式不同，对牛顿第二定律实验取舍的态度也就各异，或在实验基础上归纳定律；或根本不做实验；或在提出定律后安排验证性实验等．本文从定律的历史渊源、理论建构以及教学需要等几个方面的分析入手，归纳出两点处理牛顿第二定律教学的意见：第一，在力、质量和加速度概念基础上，以公理形式提出定律并辅以验证性实验；第二，用先进的电火花计时器和一维描迹仪进行演示实验或分组实验均可取得预期的效果．突破思路超重和失重现象虽然学生可能听说过，但却不知道所代表的含义．所谓超重现象是指物体对支持物的压力（或悬挂处的拉力）大于物体重力的现象，此时物体存在向上的加速度；所谓失重现象是指物体对支持物的压力（或悬挂处的拉力）小于物体重力的现象，此时物体存在向下的加速度；完全失重现象是指物体对支持物的压力（或悬挂处的拉力）等于零的现象，此时物体存在向下的加速度，大小等于g．本节教学中几个注意的问题：（1）要深刻理解超重和失重的物理意义，不能把超重和失重真的看作重力变大或变小．（2）要注意引导学生区分超重和失重与物体的速度方向无关，而只决定于物体的加速度方向．（3）在解决实际问题时，要特别注意选取正方向，正方向选取不明确或混乱，计算往往出错．在计算问题中要按牛顿运动定律的应用过程按步骤进行．牛顿第二定律的理论建构作为第二定律的前提，应当赋予力、质量和加速度三个量以明确的意义和量度方法．加速度a的意义和量度方法早在牛顿之前，伽利略就已经赋予了明确的意义和方法．在牛顿时代对于质量m，人们凭经验知道物体的质量与其重量成正比的关系，从而用比较重量的方法来量度质量m，随着牛顿第二定律建立之后，人们对质量概念的认识深化了，产生了惯性质量、引力质量等新的观念．这里顺便说明，一些基本概念的建立及其精确的定量测量，常引起逻辑上的困难，陷入所谓循环论证的怪圈．事实上，这是囿于实证主义对物理概念一定要给出一套操作程序的困惑．“现代物理已经超越了操作主义，更加倾向于认为基本概念原则上是一组不可预先严格定义的假设，它们的合理性只能靠以此为基础而建立的理论所得出的大量的结果而得到证实．”什么是惯性质量?由于加速度a的定义、意义和量度早已明确，所以马赫和麦克斯韦都采用了加速度定义惯性质量的方法，从而力图克服第二定律中质量定义的困难，即所谓动力学质量定义法．马赫方法，如果我们取某一参考系A的质量为单位，那么另一物体在和A相互作用时给予A的加速度为其自身所得加速度的m倍，我们就称它的质量为m．实际上，马赫是承认牛顿第三定律，即｜F AB｜＝｜F BA｜，若定义m A＝1，则m A a A ＝m B a B，a A＝ma B，得m B＝m．麦克斯韦方法，以一个确定的力先后对两个物体施加作用，这两个物体所获得的加速度的比值的倒数就是它们的质量之比，即m∝l／a．这种方法，只要规定一个标准物体的质量为m0＝1，再通过测量任一物体与标准物体在同一个力作用下获得的加速度a及a0，则可由实验发现得a∶a0＝常数这一结论得出：m／m0＝a0／a，即m＝a0／a，这里应该注意，a∶a0＝常数是在相同力作用于任一物体与标准物体的情况下得出的，因此常数与F无关，是物体加速难易程度即惯性本性的反映，因此才有m／m0＝a0／a，即m＝a0／a．什么是力?与定义质量相似，我们也可利用力的动力学效应定义力．即把物体相对于惯性参考系不再保持静止或做匀速直线运动而产生加速度的能力的大小定义为力．因此，选取某个特定物体，把力F施加于这个特定物体，测定该物体相对于某个惯性参考系的加速度a，a的大小可以作为F的度量，即：F∝a（特定物体）．F、m、a三者都有了明确的意义和度量方法，就可以具体测量各种情况下三者的量值关系．由此可得出：a∝1／m（相等的F）a∝F（相等的m）即：F∝ma或F＝kma（k为比例常数）如果m、a、F都用国际单位制的单位，则k＝1，牛顿第二定律的公式简化为：F＝ma．新题解答【例1】跳高运动员从地面起跳的瞬间，下列说法正确的是（）A．运动员给地面的压力大于运动员受到的重力B．地面给运动员的支持力大于运动员受到的重力C．地面给运动员的支持力大于运动员对地面的压力D．地面给运动员的支持力等于运动员对地面的压力答案：ABD解析：地面给运动员的支持力和运动员对地面的压力是一对作用力和反作用力，永远大小相等，方向相反，作用在一条直线上，与运动员的运动状态无关．所以选项C错误，选项D正确．跳高运动员从地面起跳的瞬间，必有向上的加速度，这是因为地面给运动员的支持力大于运动员受到的重力，运动员所受合外力竖直向上的结果．所以选项B正确．依据牛顿第三定律可知，选项A正确．点评：本题着重考查对力的概念，牛顿第三定律以及超重失重的理解．【例2】质量是60kg的人站在升降机中的体重计上，当升降机做下列各种运动时，体重计的读数是多少?（g＝10m／s2）图6—13（1）升降机匀速上升；（2）升降机以4m／s2的加速度加速上升；（3）升降机以5m／s2的加速度加速下降．解析：人站在升降机中的受力情况如图6—13所示．（1）当升降机匀速上升时，由牛顿第二定律得：F N—mg＝0所以，人受到的支持力FN＝mg＝60×10N＝600N．根据牛顿第三定律，人对体重计的压力即体重计的示数为600N．（2）当升降机以4m／s2的加速度加速上升时，根据牛顿第二定律得FN—mg＝ma，FN＝mg＋ma＝60×（10＋4）＝840N，此时体重计的示数为840N，人处于超重状态．（3）当升降机以5m／s2的加速度加速下降时，根据牛顿第二定律得mg—FN＝ma，FN＝mg—ma＝60×（10—5）＝300N，此时体重计的示数为300N，人处于失重状态．点评：当物体处于超重、失重状态时，其本身的重力保持不变，物体所受的拉力（或支持力）的大小，可根据牛顿第二定律计算出来，再根据牛顿第三定律可知物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力大小．思维过程在地球表面附近，无论物体处于什么状态，其本身的重力G＝mg始终不变．超重时，物体所受的拉力（或支持力）与重力的合力方向向上，测力计的示数大于物体的重力；失重时，物体所受的拉力（获支持力）与重力的合力方向向下，测力计的示数小于物体的重力．可见，在失重、超重现象中，物体所受的重力始终不变，只是测力计的示数（又称视重）发生了变化，好像物体的重量有所增大或减小．发生超重或失重现象，只决定于物体在竖直方向上的加速度，与物体的运动方向无关．合作讨论（一）跳高运动员在起跳过程和落到海绵垫子上的过程中哪个过程是超重，哪个过程是失重?我的思路：跳高运动员起跳时先经历一个向上加速的过程，这段时间的加速度是向上的，因此是超重过程，此时它对地面的压力大于人的重力；当人落到海绵垫子上时，开始时重力大于弹力，仍然向下加速一段很短的时间，这段时间是失重，接着弹力大于运动员的重力，运动员减速，这个过程是超重；运动员在空中的运动过程，加速度始终是向下的，并且大小等于g，所以，这个过程是完全失重．（二）一个举重运动员在地球上能举起300kg的重物，这个运动员在什么环境中能举起400kg的重物?我的思路：运动员要举起比平时重的物体必须处于失重环境，例如：在加速向下、减速上升的电梯中；在空间站上；在月球上都可能举起400kg的物体．合作讨论（一）跳高运动员在起跳过程和落到海绵垫子上的过程中哪个过程是超重，哪个过程是失重?我的思路：跳高运动员起跳时先经历一个向上加速的过程，这段时间的加速度是向上的，因此是超重过程，此时它对地面的压力大于人的重力；当人落到海绵垫子上时，开始时重力大于弹力，仍然向下加速一段很短的时间，这段时间是失重，接着弹力大于运动员的重力，运动员减速，这个过程是超重；运动员在空中的运动过程，加速度始终是向下的，并且大小等于g，所以，这个过程是完全失重．（二）一个举重运动员在地球上能举起300kg的重物，这个运动员在什么环境中能举起400kg的重物?我的思路：运动员要举起比平时重的物体必须处于失重环境，例如：在加速向下、减速上升的电梯中；在空间站上；在月球上都可能举起400kg的物体．规律总结规律：牛顿第二定律、牛顿第三定律知识：超重、失重、完全失重方法：超重和失重的判断方法：判断超重和失重要依据加速度的方向来判定．当加速度方向向上时，物体处于超重状态；当加速度方向向下时，物体处于失重状态；当加速度大小为g且方向向下时，物体处于完全失重状态．即使加速度的方向不是竖直向上或向下的，只要加速度存在竖直方向的分量，就会出现超重或失重现象．如果物体处于完全失重状态，会呈现于常规完全不同的物理现象，像宇宙飞船中宇航员飘飘然的举动，满舱飞舞的物品等怪现象都是由于完全失重造成的．在完全失重的情况下，有些实验是不能进行的，例如：沸腾实验、天平测质量的实验、托里拆利实验等；同时也有一些特殊的实验在失重状态下更容易成功，例如：晶体生长实验等．变式练习一、选择题1．下面关于失重和超重的说明，正确的是（）A．物体处于失重状态时，所受重力减小，处于超重状态时所受重力增大B．在电梯上出现失重状态时，电梯必定处于下降过程C．在电梯上出现超重现象时，电梯有可能处于下降过程D．只要物体运动的加速度方向向上，必定处于失重状态解析：加速度向下物体处于失重状态，加速度向上物体处于超重状态，超重和失重并非物体的重量增大或减小，而是使悬绳或支持面的弹力增大或减小；电梯加速向上运动时，物体处于超重状态，电梯减速下降时，也处于超重状态．答案：C2．如图6—14所示，质量分别为M和m的物体用细线连接，悬挂在定滑轮上，定滑轮固定在天花板上，已知M＞m，不计滑轮及线的质量，摩擦不计，则下列说法正确的是（）图6—14A．细线的拉力一定大于mgB．细线的拉力一定小于MgC．细线的拉力等于（m＋M）g／2D．天花板对定滑轮的拉力等于（M＋m）g解析：物体运动过程中，m加速向上，处于超重状态，所以绳子的拉力大于mg，而M 加速向下，处于失重状态，故绳子的拉力小于Mg．答案：AB3．在封闭系统中用弹簧秤称一物体的重量，由弹簧秤读数的变化可以判断系统的运动状态，下列说法正确的是（）A．读数准确，则系统做匀速直线运动或处于静止状态B．读数偏大，则系统一定向上加速运动C．读数时大时小，则系统一定做上下往复运动D．读数偏小，说明加速度一定向下解析：读数准确，则系统做匀速直线运动或处于静止状态；读数偏大，物体超重，则系统向上加速运动或向下减速运动；读数时大时小，则系统可能做一个方向的时加速时减速的运动；读数偏小，物体失重，说明加速度一定向下．答案：AD4．A、B、C三球大小相同，A为实心木球，B为实心铁球，C是质量与A一样的空心球，三球同时从同一高度由静止落下，若受到的阻力相同，则（）A．B球下落的加速度最大B．C球下落的加速度最大C．A球下落的加速度最大D．B球落地时间最短，A、C球同时落地解析：根据牛顿第二定律：a＝（mg－f）／m可得m越大，a越大．答案：AD5．物体m静止于固定的升降机中的斜面上，当升降机加速竖直向上时，如图6—15所示，与原来升降机静止时相比，不正确的是（）图6—15A．物体受到的斜面的支持力增加B．物体受到的合力增加C．物体m受到的重力增加D．物体m受到的摩擦力增加解析：当物体加速上升时，物体受到的斜面的摩擦力和支持力的合力增大，由于两力的夹角确定，所以，合力增大，支持力和摩擦力均增大．答案：ABD6．一根弹簧下端挂一重物，上端用手牵引使重物竖直向上做加速运动，加速度a＜g，从手突然停止时起到弹簧恢复原长时止，在这个过程中，重物加速度的数值将是（）A．逐渐增大B．逐渐减小C．先减小后增大D．先增大后减小解析：弹簧原来处于伸长状态，当手突然停住时，物体仍有向上的速度，先使弹簧缩短至kx＝mg的长度，这个过程，加速度减小，然后弹簧继续缩短，并有可能被压缩，这个过程加速度又增大．答案：C二、非选择题7．自由落体运动的物体处于________状态；竖直上抛运动的物体处于________状态．解析：自由落体和竖直上抛运动加速度均为g，且方向竖直向下，所以均为完全失重状态．答案：完全失重完全失重8．质量为50kg的人站在电梯上．当电梯静止时，人对电梯底板的压力大小为________N；当电梯以lm／s2的加速度上升时，人对电梯底板的压力大小为________N；当电梯以1m／s2的加速度做匀减速下降时，人对电梯底板的压力大小为________N．（g＝10m／s2）解析：根据牛顿第二定律可得．答案：500550450．9．某人在以2.5m／s2的加速度匀加速下降的升降机里最多能举起80kg的物体，他在地面上最多能举起_______kg的物体，若此人在一匀加速上升的升降机中最多能举起40kg 的物体，则此升降机上升的加速度为_______m／s2．答案：60 510．如图6—16所示，A、B两个物体间用最大张力为100N的轻绳相连，m A＝4kg，m B＝8kg，在拉力F的作用下向上加速运动，为使轻绳不被拉断，F的最大值是多少?（g ＝10m／s2）解析：取系统为研究对象，据牛顿第二定律：F－（m A＋m B）g＝（m A＋m B）a取B物体为研究对象：T－m B g＝m B a由以上两式代入T＝100N可得：F＝150N．所以，为使绳不被拉断F不能超过150N．答案：150N。
(完整word)大学物理实验报告(验证牛顿第二定律)
中国石油大学（华东)现代远程教育实验报告课程名称:大学物理(一)实验名称：速度、加速度的测定和牛顿运动定律的验证实验形式：在线模拟+现场实践提交形式:提交书面实验报告学生姓名：学号：年级专业层次:高升专学习中心：提交时间： 2014 年 6 月 2 日122令21m m M +=不变，改变g m F 2=(将砝码依次从滑块上移到砝码盘上，即可保证F 增大，而M 不变），即可验证质量不变时,加速度与合外力的关系；令g m F 2=不变,改变21m m M +=(在滑块上增加配重)，即可验证合外力不变时，加速度与质量的关系.【实验内容与步骤】1。
气垫导轨的水平调节可用静态调平法或动态调平法,使汽垫导轨保持水平。
静态调平法:将滑块在汽垫上静止释放，调节导轨调平螺钉，使滑块保持不动或稍微左右摆动，而无定向运动,即可认为导轨已调平。
2.练习测量速度。
计时测速仪功能设在“计时2”，让滑块在汽垫上以一定的速度通过两个光电门，练习测量速度。
3。
练习测量加速度计时测速仪功能设在“加速度”，在砝码盘上依次加砝码,拖动滑块在汽垫上作匀加速运动，练习测量加速度。
4。
验证牛顿第二定律(1)验证质量不变时，加速度与合外力成正比。
用电子天平称出滑块质量滑块m ，测速仪功能选“加速度"， 按上图所示放置滑块，并在滑块上加4个砝码(每个砝码及砝码盘质量均为5g)，将滑块移至远离滑轮一端，使其从静止开始作匀加速运动，记录通过两个光电门之间的加速度。
再将滑块上的4个砝码分四次从滑块上移至砝码盘上，重复上述步骤。
(2）验证合外力不变时，加速度与质量成反比.计时计数测速仪功能设定在“加速度”档。
在砝码盘上放一个砝码(即g m 102=），测量滑块由静止作匀加速运动时的加速度。
再将四个配重块(每个配重块的质量均为m ′=50g)逐次加在滑块上,分别测量出对应的加速度.【数据处理】1、由数据记录表3，可得到a 与F 的关系如下：由上图可以看出，a 与F 成线性关系,且直线近似过原点.上图中直线斜率的倒数表示质量，M=1/0。
实验报告4《验证牛顿运动定律》
实验步骤
小车，砝码，小桶，砂，细线，附有定滑轮的长木板，垫木，打点计时器，低压交流电源，导线两根，纸带，托盘天平及砝码，米尺。
数据处理
吉林省白城市第一中学物理实验报告
实验名称
探究加速度与力、质量的关系
实验目的
1.学会用控制变量法探究物理规律；
2.探究加速度与力、质量的关Βιβλιοθήκη 。实 验 人指导教师
日 期
实验器材
小车，砝码，小桶，砂，细线，附有定滑轮的长木板，垫木，打点计时器，低压交流电源，导线两根，纸带，托盘天平及砝码，米尺。
实验原理
1.保持小车质量不变，改变小桶内砂的质量，从而改变细线对小车的牵引力，测出小车的对应加速度，作出加速度和力的关系图线，分析加速度与力的关系。
数据处理
实验结论
由图2知，图线为一条________，这就说明质量不变时，加速度与它所受作用力成________。
由图3知，图线为一条________，这就说明作用力不变时，加速度与它的质量成________。
误差分析
注意事项
教师评语
高中物理力学实验
高中物理力学实验力学是物理学的一个重要分支，是研究物体运动规律的科学。
在高中物理学课程中，力学实验是非常重要的一部分，通过实验，学生可以更直观地感受物理规律，巩固所学知识。
本文将介绍几个常见的高中物理力学实验，帮助学生更好地理解力学知识。
一、简单机械实验1. 斜面静摩擦系数测定实验实验目的：通过斜面静摩擦系数测定实验，了解斜面上物体受力情况，掌握斜面静摩擦系数的测定方法。
实验器材：斜面、物块、滑轮、吊轮、测力计等。
实验步骤：1）将斜面安装在水平桌面上，测定斜面的角度θ。
2）在斜面上放置一个物块，调整物块位置使其保持静止。
3）利用滑轮和吊轮的组合，在物块上方悬挂一个测力计，测量斜面上物块所受静摩擦力的大小。
4）根据实验数据计算出斜面静摩擦系数μ。
2. 弹簧振子实验实验目的：通过弹簧振子实验，研究弹簧振子的振动规律，了解振动的基本特性。
实验器材：弹簧、振子、计时器等。
实验步骤：1）将一个挂有一定质量的物块的弹簧挂置于支架上，并拉开物块，使其产生振动。
2）用计时器测量振子的振动周期T。
3）改变物块的质量，重新测量振动周期T。
4）根据实验数据分析，探讨弹簧振子振动周期与质量、弹簧刚度之间的关系。
二、动力学实验1. 牛顿第二定律验证实验实验目的：通过牛顿第二定律验证实验，验证牛顿第二定律关于物体受力和加速度之间的定量关系。
实验器材：吊轮、吊坠、测力计等。
实验步骤：1）将一块质量为m的物块用细绳吊挂于吊轮上，并在物块下方挂上一个测力计。
2）测量物块的质量m，并在实验过程中测量不同拉力情况下的加速度a和物块所受拉力F。
3）利用牛顿第二定律公式F=ma，验证实验数据与理论计算值的符合程度。
2. 动量守恒实验实验目的：通过动量守恒实验，验证封闭系统内动量守恒定律。
实验器材：空气瞬时阀、气泵、气压计等。
实验步骤：1）将一根空气鼓吹管封闭在一根底部封盖的可移动塑料圆柱体中，在塑料圆柱体上钻一个小孔，紧靠塑料圆柱体底部，再在小孔处插上一根气压计，并用适当薄膜将气压计正面封闭，然后用适当胶裂封闭气压计所在口适当较高之处。
高考物理一轮复习(新高考版2(粤冀渝湘)适用) 第3章 实验四 验证牛顿运动定律
解析 平衡摩擦力时，应不挂沙桶， 只让小车拖着纸带在木板上做匀速 运动，选项A错误； 平衡摩擦力时，小车后面应固定一条纸带，纸带穿过打点计时器，选 项B正确； 小车释放前应靠近打点计时器，且先接通打点计时器的电源后释放小 车，选项C错误；
12
(2)将沙和沙桶的总重力 mg 近似地当成小车所受的拉力 F 会给实验带来 系统误差.设小车所受拉力的真实值为 F 真，为了使系统误差mgF－真F真<5%， 小车和砝码的总质量是 M，则 M 与 m 应当满足的条件是Mm<__0_._0_5___.
6.误差分析 (1)实验原理不完善：本实验用槽码的总重力m′g代替小车的拉力，而实 际上小车所受的拉力要小于槽码的总重力. (2)平衡摩擦阻力不准确、质量测量不准确、计数点间距离测量不准确、 纸带和细绳不严格与木板平行都会引起误差.
02
考点一 教材原型实验
例1 (2020·山东模拟)某同学利用如图2甲所示的装置探究加速度与物体 受力、物体质量的关系.实验时，把数据记录在表格中，数据是按加速度 大小排列的，第8组数据中小车质量和加速度数据漏记.
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解析 在本实验中认为细线的拉力 F 等于沙和沙桶的总重力 mg，由此造 成的误差是系统误差，对小车，根据牛顿第二定律得：a＝FM真，对整体， 根据牛顿第二定律得：a＝Mm＋gm，且mgF－真F真<5%，解得：Mm<0.05.
12
(3)在完成实验操作后，用图象法处理数据，得到小车的加速度倒数
1 a
m 图象.
4.数据处理
(1)利用逐差法或v－t图象法求a.
(2)以a为纵坐标，F为横坐标，描点、画线，如果该线为过原点的直线，
说明a与F成正比. (3)以a为纵坐标，m1 为横坐标，描点、画线，如果该线为过原点的直线， 就能判定a与m成反比.
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实验报告
课程名称：大学物理(一)
实验名称：速度、加速度的测定和牛顿运动定律的验证
实验形式：在线模拟+现场实践
提交形式：提交书面实验报告
学生姓名：学号：
年级专业层次：
学习中心：
提交时间：年月日
一、实验目的
1．了解气垫导轨的构造和性能，熟悉气垫导轨的调节和使用方法。
2．了解光电计时系统的基本工作原理，学会用光电计时系统测量短暂时间的方法。
3．掌握在气垫导轨上测定速度、加速度的原理和方法。
4．从实验上验证F=ma的关系式，加深对牛顿第二定律的理解。
5．掌握验证物理规律的基本实验方法。
二、实验原理
1．速度的测量
一个作直线运动的物体，如果在t~t+Δt时间内通过的位移为Δx（x~x+Δx），则该物体在Δt时间
内的平均速度为，Δt越小，平均速度就越接近于t时刻的实际速度。
当Δt→0时，平均速度的极限值就是t时刻（或x位置）的瞬时速度
（1）实际测量中，计时装置不可能记下Δt→0的时间来，因而直接用式（1）测量某点的速度就难以实现。
但在一定误差范围内，只要取很小的位移Δx，测量对应时间间隔Δt，就可以用平均速度近似代替t时刻到达x点的瞬时速度。
本实验中取Δx为定值（约10mm），用光电计时系统测出通过Δx所需的极短时间Δt，较好地解决了瞬时速度的测量问题。
2．加速度的测量
在气垫导轨上相距一定距离S的两个位置处各放置一个光电门，分别测出滑块经过这两个位置时的速度v1和v2。
对于匀加速直线运动问题，通过加速度、速度、位移及运动时间之间的关系，就可以实现加速度a的测量。
（1）由测量加速度
在气垫导轨上滑块运动经过相隔一定距离的两个光电门时的速度分别为v1和v2，经过两个光电门之间的时间为t21，则加速度a为
（2）根据式（2）即可计算出滑块的加速度。
（2）由测量加速度
设v1和v2为滑块经过两个光电门的速度，S是两个光电门之间距离，则加速度a为
（3）根据式（3）也可以计算出作匀加速直线运动滑块的加速度。
（3）由测量加速度
还可以根据匀加速直线运动加速度a、位移S（S＝x－x0）及运动时间t之间的关系式
测量加速度。
据此计算加速度有多种方法，其中一种方法是根据式（4）由作图法求出加速度。
（4）
实验时固定初位置x0（光电门1的位置），改变不同的末位置x（光电门2的位置），使物体（滑块）从静止开始运动，测出相应的运动时间t，作关系图线。
如果是直线，说明物体作匀加速运动，
直线的斜率为。
以上介绍了3种测量加速度a的方法。
具体测量时先把气垫导轨调水平，再使滑块在水平方向受到一恒力的作用，那么滑块的运动就是匀加速直线运动；也可先把气垫导轨调水平，然后将其一端垫高h高度，使气垫导轨倾斜，滑块在倾角为θ的导轨上面下滑，其运动也是匀加速直线运动。
3．验证牛顿第二定律
牛顿第二定律所描述的内容，就是一个物体的加速度与其所受合外力成正比，与其本身质量成反比，且加速度的方向与合外力方向相同。
数学表述为
F=m a（5）为了研究牛顿第二定律，考虑如图1所示一个运动物体系统，系统由（滑块）和（砝码）两个物体组成，忽略空气阻力及气垫对滑块的粘滞力，不计滑轮和细线的质量等。
图1 验证牛顿第二定律
调节气垫导轨水平后，将一定质量的砝码盘通过一细线经气垫导轨的滑轮与滑块相连。
设滑块部分的
质量为，滑块本身所受重力为，气垫对滑块的漂浮力为N，此二力相平衡，滑块在垂直方向受到的合外力为零。
滑块在水平方向上受到细线的拉力，此力为重物作用于细线所产生的张力T，由于气垫导轨和滑块及细线所受的粘滞阻力及空气阻力忽略不计，则有
（6）
式中a为运动系统的加速度，根据式（6）有
（7）
在式（7）中，若令m=m1+m2表示运动物体系统的总质量，F=m2g表示物体系统在运动方向所受的合外力，则式（7）即为式（5）F=m a。
根据式（7），验证牛顿第二定律可分为以下两步来完成。
（1）当系统总质量m保持不变时，加速度a应与合外力F成正比，比值为常数，即
（8）
实验时，在保持总质量m不变的情况下，改变合外力Fi=m2ig，即逐次改变砝码盘中砝码的质量，测出系统相应的加速度ai。
如果在实验误差允许的范围内式（9）成立，
（9）
则验证了m不变的情况下，a与F成正比。
还可以利用上述a和F数据作a～F关系图，若为直线，则可验证式（8），即a与F成正比。
（2）当保持系统所受合外力F=m2g不变时，加速度a的大小应与系统的总质量m=m1+m2成反比，即
（10）
同样，实验时保持合外力F=m2g不变，改变系统总质量mi=m1i+m2，即逐次向滑块增加不同重量的质量块，测出系统相应的加速度ai。
如果在实验误差允许的范围内式（11）成立，
（11）
则验证了F不变的情况下，a与m成反比。
还可以利用上述a和m数据作a～关系图，若为直线，则可验证式（10），即a与m成反比。
如果式（8）和式（10）均被验证，则式（7）即式（5）得到验证，也就是说，验证了牛顿第二定律。
4．判定实验与理论是否相符
根据实验数据，计算加速度a实验值的不确定度和理论值的不确定度，如果式（12）成立，
（12）
则说明实验验证了理论；否则，实验不能验证理论，应查出原因。
式（12）中的
就是允许的实验最大误差可能范围。
三、实验器材
气垫导轨、光电计时系统、滑块、砝码、质量块（铁块）等。
四、实验内容
1．调节气垫导轨和光电计时系统
调整气垫导轨水平，达到细调水平要求，即滑块往返一次。
调整光电计时系统处于正常工作状态。
具体调节方法请参阅附录一和附录二。
2．验证物体系统总质量不变时加速度与合外力成正比
保证物体系统总质量不变，逐步增加砝码盘中砝码的质量，改变外力5次。
每一外力下分别记录滑块经过两个光电门的时间和，重复测量6次。
3．验证物体系统所受合外力不变时加速度与总质量成反比
保持砝码盘部分的质量不变，即合外力不变，在滑块上逐步增加质量块，改变物体系统总质量5次。
每一总质量下分别记录滑块经过两个光电门的时间和，重复测量6次。
五、实验数据。