验证牛顿第二定律(实验)
专题九 实验验证牛顿第二定律
专题十实验验证牛顿第二定律1、目的：验证牛顿第二定律（a = F m）2、原理：控制变量法。
（1）保证物体质量不变时，改变合外力大小，测出不同合外力的大小和对应加速度大小，得出加速度与合外力成正比关系。
（2）保证物体合外力不变时，改变物体质量大小，测出不同质量和对应加速度大小，得出加速度与质量成反比的关系。
从而验证了加速度与合外力成正比，与质量成反比。
3、器材与装置：器材：带定滑轮的长木板、小车、平台、打点计时器、低压交流电源、纸带、细线、砂桶、天平。
装置如图：4、实验步骤：(1)验证小车质量不变时，加速度与合外力成正比关系。
①（1）用天平测出小车和砝码的总质量.②平衡摩擦：不挂砂桶，垫高长板右端，轻推小车，给小车一个初速，调长板倾角使小车匀速运动（或打出纸带上的点间隔均匀）③按上图所示作好连接，先接通打点计时器电源，让打点计时器稳定打点后，再放开小车，取下纸带编出号码，天平测出砂和桶的总质量m，作好记录。
④改变砂的质量，重复步骤3。
⑤对纸带求加速度a和小车受的合力F（小车受的合力等于砂和桶的重力F=mg）。
⑥以合力F为横坐标，以加速度a为纵坐标，描点画出图象，当图象为过坐标原点的直线，便证明了加速度与合外力成正比。
(2)验证小车合外力不变时，加速度与质量成反比。
⑦保证砂和桶的总质量m不变（合外力不变），改变小车上砝码来改变小车的质量，测出小车的不同质量和对应的加速度，把相应的小车质量和加速度填入表中。
并算出小车质量的倒数1 M。
⑧以1M为横坐标，以加速度a为纵坐标，描点画出图象，当图象为过坐标原点的直线便证明了加速度与质量成正比。
注意：①平衡小车摩擦是为了消除摩擦对小车的合力的影响，使小车的合力等于细线对小车的拉力。
使小车质量远大于砂和桶的总质量，是为了使细线的拉力等于砂和砂桶的总重力，这两措施是为了实验中，使小车的合外力等于砂和砂桶的总重力（F = mg），使得测合外力比较简单。
如果用气垫导轨代替滑板就不用平衡小车摩擦力，如果在拉线与小车间加一个力的传感器，直接读出线对小车拉力就不用满足小车质量远大于砂和桶的总质量的条件。
牛顿第二定律的实验
牛顿第二定律的实验引言：牛顿第二定律是经典力学中的重要定律之一，它表明物体的加速度与作用于物体上的力成正比，与物体的质量成反比。
为了验证牛顿第二定律，科学家们进行了许多实验。
本文将介绍其中几个经典的牛顿第二定律实验，并解释实验结果与定律之间的关系。
实验一：斜面实验在斜面实验中，我们将一块小木块放在一个倾斜的平面上。
通过测量木块下滑的加速度和斜面的倾角，可以验证牛顿第二定律。
实验装置：- 斜面：具有一定倾角的平面。
- 小木块：质量为m的物体。
- 测量工具：包括测量斜面倾角的仪器和测量小木块加速度的装置。
实验步骤：1. 调整斜面的倾角，确保斜面保持稳定。
2. 将小木块放在斜面的顶端，并松开。
3. 记录木块下滑的时间t。
4. 根据木块的下滑距离和时间，计算出木块的加速度a。
实验结果：根据实验数据的分析，我们可以得到木块的加速度与斜面倾角成正比。
这与牛顿第二定律的预测相符，即物体的加速度与作用于物体上的力成正比。
实验二：弹簧实验在弹簧实验中，我们将一块质量为m的物体挂在弹簧上，并通过测量弹簧的伸长量和物体的加速度来验证牛顿第二定律。
实验装置：- 弹簧：具有一定的弹性系数。
- 物体：质量为m的物体。
- 测量工具：包括测量弹簧伸长量和物体加速度的装置。
实验步骤：1. 将物体挂在弹簧上，使其达到平衡位置。
2. 施加一个水平方向的力F，使物体开始运动。
3. 记录物体的加速度a和弹簧的伸长量x。
4. 根据弹簧的弹性系数k和伸长量x，计算出物体所受的力F。
实验结果：实验数据的分析显示，物体的加速度与所受的力成正比。
这与牛顿第二定律的预测一致，即物体的加速度与作用于物体上的力成正比。
实验三：自由落体实验在自由落体实验中，我们通过测量物体自由下落的加速度来验证牛顿第二定律。
实验装置：- 物体：质量为m的物体。
- 测量工具：包括计时器和测量下落距离的装置。
实验步骤：1. 将物体从一定高度h自由下落。
2. 记录物体下落的时间t。
牛顿第二定律的验证
牛顿第二定律的验证【实验目的】1. 熟悉气垫导轨的构造，掌握正确的调整方法。
2. 熟悉用光电测量系统测量短时间的方法。
3. 验证牛顿第二定律。
【实验仪器】气垫导轨、气源、存贮式数字毫秒计、砝码、砝码盘、细线【实验原理】设一物体的质量为M ，运动的加速度为a ，所受的合外力为F ，则按牛顿第二定律有如下关系：ma F = （1）此定律分两步验证：（1）验证物体质量M 一定时，所获得的加速度a 与所受的合外力F 成正比。
（2）验证物体所受合外力F 一定时，物体运动的质量M 与加速度a 成反比。
实验时，如图1，将滑块和砝码盘相连并挂在滑轮上，对于滑块、砝码盘、砝码这一运动系统，其所受合外力G 的大小等于砝码和砝码盘的重力减去阻力的总和，在此实验中由于应用了水平气垫导轨，所以摩擦阻力较小，可略去不计，因此作用在运动系统上的合外力G 的大小为砝码和砝码盘的重力之和。
图1 验证牛顿第二定律系统因此按牛顿第二定律：a m n n m m Ma g m n m G ])([)(22110220+++==+= （2）其中砝码盘的质量为m 0，加在砝码盘中砝码的质量为n 2m 2（每个砝码的质量为m 2，共加了n 2个），滑块的质量为m 1，加在滑块上砝码的质量为n 1m 2（共加了n 1个）。
则运动系统的总质量M 为上述各部分质量之和。
从(2)式看，由于各部分质量均可精确测量，因此只需精确测量出加速度a 即可验证牛顿第二定律。
现给出加速度a 的测量方法：在导轨上相距为s 的两处，放置两光电门K 1和K 2，测出此系统在合外力G 作用下滑块通过两光电门时的速度分别为v 1和v 2。
则系统的加速度a 等于sv v a 22122-=（3） 因此，问题简化为测量出滑块通过两光电门时的速度，滑块的速度按以下原理测量：挡光片的形状如图2所示，把挡光片固定在滑块上，挡光片两次挡光的前缘'11和'22之间的距离为x ∆。
高中物理牛顿第二定律验证实验
牛顿第二定律的验证一、实验目的：1.学会用控制变量法研究物理规律.2.学会灵活运用图象法处理物理问题的方法3.探究加速度与力、质量的关系，并验证牛顿第二定律．4.探究力，质量和加速度的关系。
研究方法：控制变量法：⑴保持m一定时，改变物体受力F测出加速度a，用图像法研究a与F关系⑵保持F一定时，改变物体质量m测出加速度a，用图像法研究a与m关系（1）用极限思想介绍瞬时速度是可行的。
教材在定义了平均速度后进一步指出“为了使运动的描述精确些，可以把Δt取得小一些，运动快慢的差异也就小一些；Δt越小，描述越精确；想像Δt非常小，可以认为表示物体的瞬时速度。
实验器材小车、砝码、小盘、细绳、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、天平、米尺．实验原理：平衡摩擦力：平衡摩擦力时不要挂砝码盘，应连着纸带且通过打点记时器的限位孔，将轨道倾斜一定角度，此时物体在斜面上受到的合外力为0。
此时轻推小车，小车能够匀速下滑，这就说明此时物体合外力为0，实验中小车受到的合外力就是绳子的拉力了。
由于=，所以整个实验平衡了摩擦力后，改变小车的质量不需要重新平衡摩擦力.物理量的测量：（1）小车质量的测量：天平（2）合外力的测量：①绳子的拉力不等于砝码盘及砝码的重力：砝码盘及砝码的总质量远小于小车的总质量时，可近似认为绳子的拉力等于沙和小桶的重力。
实验条件：m≫m′.选小车(M)、砝码盘及盘内的砝码(m)为研究对象，则mg＝(M＋m)a①选砝码桶及桶内的砝码为研究对象则mg－FT＝ma②联立①②得：FT＝mg－m2g M＋m要使FT＝mg 需要m2gM＋m―→0即M≫m(4)一先一后一按：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，后释放小车，且应在小车到达滑轮前按住小车．注意事项实验过程中：①会安装复写纸，并且会调节复写纸的位置，将纸带从复写纸圆片下穿过。
将计时器接入50 Hz交流电源，从交流4 V开始，观察振动片振动情况，若振动片振幅较小，再升高电压至6 V。
验证牛顿第二定律实验(经典实用)
验证牛顿第二定律实验（经典实用）牛顿第二定律是物理学中最基本的定律之一，它描述了力、质量和加速度之间的关系。
根据牛顿第二定律，当一个物体受到某个力时，它将产生一个与该力成正比的加速度。
为了验证这个定律，我们进行了以下实验。
材料和设备：1. 测力计2. 密度计3. 弹簧锁定器4. 钩子5. 不同质量的球（如网球、篮球等）6. 直尺7. 计时器实验步骤：1. 将测力计连接到弹簧锁定器上，并挂在墙上。
确保测力计在水平位置上。
2. 将一个球放在钩子上，用密度计测量球的质量，记录下来。
3. 将钩子连接到测力计上，并使球悬挂在测力计下部。
4. 确保测力计和球都处于静止状态，开始记录时间。
5. 用手推动球，使其产生运动，同时用计时器记录球的运动时间。
6. 通过观察测力计的读数，记录下球运动时受到的力。
7. 重复以上步骤，使用不同质量的球进行实验。
8. 将记录的数据绘制成图表，将加速度与受力之间的关系进行对比。
实验结果：根据实验数据，我们得出以下结论：1. 受力和球质量之间具有线性关系，即受力越大，球的加速度越大。
这符合牛顿第二定律的描述。
2. 每种球的加速度都不相同，这是由于不同球的质量不同，受到的力也不同。
3. 当球的质量增加时，受到的力也相应增加，但加速度的增长速度较慢。
这与牛顿第二定律中的质量项有关。
结论：实验结果证实了牛顿第二定律的正确性。
根据实验数据，受力和加速度具有线性关系，为F=ma。
这个定律被广泛应用于物理学、工程学和其他领域，对于理解运动的本质和设计新技术发挥重要作用。
牛顿第二定律的实验验证
牛顿第二定律的实验验证牛顿第二定律是经典力学的基本定律之一，描述了物体所受力与物体加速度之间的关系。
为了验证牛顿第二定律的有效性，科学家们进行了一系列精确而详尽的实验。
本文将介绍其中几个重要的实验，并阐述其对牛顿第二定律的验证。
实验一：自由落体实验自由落体实验是验证牛顿第二定律的经典实验之一。
实验的基本原理是，当物体在重力作用下自由下落时，其加速度恒定且与物体的质量无关。
实验中，我们可以通过测量下落物体的加速度和质量来验证牛顿第二定律。
为了进行自由落体实验，我们可以选择一个平滑的斜面，在其上方固定一个轻质滑轮。
将一轻质物体（例如小球）系于滑轮上的细线上，使其通过轻质滑轮自由下落。
通过测量小球下落的时间和下落距离，我们可以得到加速度。
然后，我们可以通过改变小球的质量（例如更换不同重量的小球）来进一步验证牛顿第二定律的成立。
实验二：拉力实验拉力实验也是验证牛顿第二定律的重要实验之一。
在这个实验中，我们通过测量施加在物体上的拉力和物体的加速度来验证牛顿第二定律。
为了进行拉力实验，我们可以通过固定一个滑轮和一根细线将物体连接在一起。
在细线的另一端，我们可以施加一个恒定的拉力。
通过测量物体的加速度，并记录施加在物体上的拉力和物体的质量，我们可以得到拉力与加速度之间的关系。
实验结果将表明，牛顿第二定律在这种情况下成立。
实验三：弹簧实验弹簧实验也是验证牛顿第二定律的一种常见实验方法。
在这个实验中，我们通过测量受力物体的位移和加速度，以及弹簧的劲度系数来验证牛顿第二定律。
为了进行弹簧实验，我们可以利用一根弹簧，并将其固定在水平支架上。
通过将物体连接在弹簧的一端，并对物体施加一个恒定的力，我们可以观察到物体受力后的反弹位移，进而测量物体的加速度。
通过记录施加的力、物体的质量和位移，我们可以计算得到弹簧的劲度系数。
实验结果将进一步验证牛顿第二定律的有效性。
总结通过进行自由落体实验、拉力实验和弹簧实验等一系列实验，我们可以确信牛顿第二定律的真实性。
实验二：验证牛顿第二定律
实验二：验证牛顿第二定律实验目的：1. 验证牛顿第二定律。
2. 掌握用控制变量法研究三个物理量之间关系。
3. 利用图象寻求物理规律。
实验原理：m F a ∑=实验设计：控制变量法：m 一定时，F a ∝F 一定时，m a 1∝测量小车在恒力作用下的匀加速直线运动实验仪器：电火花计时器（电磁打点计时器）、一端附有滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、毫米刻度尺、导线、50Hz 交流电源（低压交流电源）、天平、砝码实验操作：1.摆放好实验装置，把纸带穿过打点计时器（从墨片下方穿过），并把纸带的一端固定在小车的后面。
先不挂钩码，缓慢抬高木板固定打点计时器的一端，直至小车恰好开始下滑，固定木板。
2.把一条细绳拴在小车上，使细绳跨过滑轮，下边挂上合适的钩码，记录钩码质量,m 和小车质量m 。
3.小车停在靠近打点计时器处，接通电源，释放小车，打出纸带，做好标记。
4.保持小车质量m 不变，改变钩码质量,m ，记录入表格。
换上新纸带，重复3次。
5.保持钩码质量,m 不变，改变小车质量m，记录入表格。
换上新纸带，重复3次。
6.整理仪器。
表一：m 一定表二：一定图1 图2实验分析： 1.逐差法计算a 。
2.根据表一作F a -图线。
3.根据表二作m a 1-图线。
实验结论：在误差允许范围内，小车m 一定时，F a ∝；F 一定时，m a 1∝即：m F a ∑∝实验注意事项：1.平衡摩擦力。
2.不作m a -图线。
3.图线一定是过原点的直线。
4.图线不过原点的原因。
实验 验证牛顿第二定律
外力成正比”的结论，下列说法正确的是________(填选项前的字母)。
A.三组实验中只有甲同学的实验需要平衡摩擦力
B.三组实验都需要平衡摩擦力
C.三组实验中只有甲同学的实验需要满足所挂钩码的总质量m远小于小车的质量M
的条件
D.三组实验都需要满足所挂钩码的总质量m远小于小车的质量M的条件
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实验基础梳理
解析 (1)B 点的瞬时速度为 vB＝AB4＋TBC＝（6.19＋4×6.700.0）2 ×10－2 m/s≈ 1.6 m/s，由逐差法求解小车的加速度，a＝（CD＋D4E×）（－2T（）A2B＋BC） ＝（7.21＋7.742×－（6.01.90－4）6.270）×10－2 m/s2≈3.2 m/s2。
答案 (1)控制变量法 (2)①平衡摩擦力 ②沙和沙桶的总重力 (3)B
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实验基础梳理
实验热点突破
拓展训练1 如图3所示，某学生实验小组定量探究加速度与力、质量的关系。实验 时使小车在砝码和托盘的牵引下运动。
图3 (1)实验室准备了打点计时器及配套的电源、导线、复写纸及如图所示的器材。若 要完成该实验，必需的实验器材还有________________。 (2)为达到平衡摩擦力的目的，取下细绳和托盘，通过调节垫片的位置，改变长木 板倾斜程度，根据打出的纸带判断小车是否做________运动。
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实验基础梳理
实验热点突破
拓展训练2 为了探究加速度与力、质量的关系，甲、乙、丙三位同学分别设计了如 图4所示的实验装置，小车质量用M表示(乙图中M包括小车与传感器，丙图中M 包括小车和与小车固连的滑轮)，钩码总质量用m表示。
甲
11
乙
实验基础梳理
实验热点突破
丙
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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，细绳，夹子，低压交流电源，导线，天平，刻度尺， 砝码。
四、实验步骤(如图所示)
1.用天平测量小盘的质量m0和
小车的质量M0。 2.把一端附有定滑轮的长木板放在实验桌上,并使滑轮伸出桌面,把打点计 时器固定在长木板上远离滑轮的一端,连接好电路。
五、数据处理
1.需要计算各种情况下所对应的小车加速度,可使用“研究匀变速直
线运动”的方法:先在纸带上标明计数点,测量各计数点间的距离,根
x
据公式a= T 2ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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
果图象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 1 ,描点画a 1图象,
M
M
如果图象是一条过原点的直线,就证明了加速度与质量成反比.
六、注意事项
六、注意事项
1.一定要做好平衡摩擦力的工作,也就是调出一个合适的斜面,使小车 的重力沿着斜面方向的分力正好平衡小车受的摩擦阻力.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,并要让小车拖着纸带运动. 2.整个实验平衡了摩擦力后,不管以后是改变小盘和砝码的总质量还 是改变小车和砝码的总质量,都不需要重新平衡摩擦力. 3.每条纸带必须在满足小车的质量远大于小盘和砝码的总质量的条 件下打出.只有如此,小盘和砝码的总重力才可视为小车受到的拉力.
4.把小车停在打点计时器处，挂上小盘和砝码,先接通电源,再让小车拖着纸 带在木板上匀加速下滑，打出一条纸带。计算小盘和砝码的重力，即为小 车所受的合外力，由纸带计算出小车的加速度,并把力和对应的加速度填入 表(一)中。
5.改变小盘内砝码的个数,重复步骤4,并多做几次.
6.保持小盘内的砝码个数不变,在小车上放上砝码改变小车的质量,
3.平衡摩擦力:小车的尾部挂上纸带,纸带穿过打点计时器的限位孔,将木板 无滑轮的一端稍微垫高一些,使小车在不挂小盘和砝码的情况下,能沿木板做 匀速直线运动.这样小车所受重力沿木板的分力与小车所受摩擦力平衡.在 保证小盘和砝码的质量远小于小车质量的条件下,可以近似认为小盘和砝码 的总重力大小等于小车所受的合外力的大小。
a mg M m
F M mg M m
当M﹥﹥m时，可近似认为小车所受的拉力T等于mg。
2、控制变量法：
2、控制变量法： （1）保持小车的质量M不变，改变m （即拉力）的大 小，测出相应的a，探究a与F的关系； （2）保持m（即拉力）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．
实验四 验证牛顿第二定律
一、实验目的
1.学会用控制变量法研究物理规律. 2.验证牛顿第二定律. 3.掌握利用图象处理数据的方法.
二、实验原理 1、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
制变量法研究加速度与力和质量的关系。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：
（双选）在验证牛顿第二定律的实验中，以下说法正确的是
( BD ) 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
让小车在木板上滑动打出纸带.计算砝码和小车的总质量M,并由纸
带计算出小车对应的加速度。
7.改变小车上砝码的个数,重复步骤6,并将所对应的质量和加速度填
入表(二)中.
实验次数
表(一)
加速度a/(m·s-2)
小车受力F/N
1
2
3
4
实验次数
1 2 3
表(二)
加速度a/(m·s-2)
小车和砝码的总质量 M/kg
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
例题讲解
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______C__E_______． 缺少的器材是_附__有__定__滑__轮__的__长__木__板__、__刻__度_．尺
4.改变拉力和小车与砝码质量后,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.
5.作图象时,要使尽可能多的点在所作直线上,不在直线上的点应尽可 能对称分布在所作直线两侧. 6.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或过疏,误差会小些. 7.为提高测量精度 (1)应舍掉纸带上开头比较密集的点,在后边便于测量的地方找一个 起点. (2)可以把每打五次点的时间作为时间单位,即从开始点起,每五个点 标出一个计数点,而相邻计数点间的时间间隔为T=0.1 s.