验证牛顿第二定律参考实验报告
验证牛顿第二定律 报告

实验四、验证牛顿第二定律实验实验数据的处理已知牛顿第二定律:F=ma,为了验证该定律,我组采取了以下两种方式(已知福州地区重力加速度g=9.792N/ s-2):1、当物体系的总质量M一定时,验证外力F与加速度a成正比。
数据如下表所示(其中a计算值=F/(M+m)=mg/(M+m)):2、当物体系所受外力F一定时,验证物体系的质量M与加速度a成反比。
数据如下表所示(其中a计算值=F/(M+m)=mg/(M+m)):综上所述,该实验验证了牛顿第二定律,F=ma:当物体系质量m一定时,外力F与物体加速度a成正比;当物体系所受外力F一定时,物体系质量m与物体加速度a成反比。
实验思考与报告1、请谈谈验证牛顿第二定律实验的难点有哪些?答:(a)调整气垫导轨的水平;(b)拉力值的测量方法,且拉力与重力的区别;(c)气垫导轨的摩擦力怎么抵消;(d)当物体系的总质量M一定时,这个M的值最好为多大等。
2、如何指导学生做好验证牛顿第二定律。
答:首先,要让学生做好复习工作,了解实验器材及其注意事项、实验所设计的原理(即牛顿第二定律);其次,要锻炼学生的自主实验能力,要让学生通过团队合作,与伙伴讨论并设计来完成实验;最后,指导学生利用所得数据验证实验结果,并让学生自行完成实验报告。
3、设计一节探究牛顿第二定律的教案一、实验目的:1、使学生理解并掌握牛顿第二定律的内容并知道其确切含义。
2、让学生对加速度这一物理量有更进一步的认识,认识加速度的矢量性,认识加速度与合外力间的瞬时对应关系。
3、通过实验,提高学生的实验设计、实验操作技能,培养学生观察、分析、归纳、总结的能力。
4、利用“牛顿第二定律”解释实际生活中的相关物理现象。
二、实验仪器:多媒体、CAI软件、实验器材(细线、天平、砝码、弹簧秤、小车、夹子、钩码、刻度尺等)三、实验内容1、重难点:利用控制变量法,通过实验探究,建立“牛顿第二定律”。
2、教法与学法:教师引导,学生探究,以实验为主的探究式教学方法;学生分组进行实验,并各自对实验记录分析讨论得出各个小组的结论,最后全班同学进行比较性的探讨性的总结。
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。
实验:验证牛顿第二定律

(6)建立坐标系, 用纵坐标表示加速度 , 横坐标表示力 , 在 建立坐标系, 用纵坐标表示加速度, 横坐标表示力, 建立坐标系 坐标系中描点,画出相应的图线,探究a与F的关系 坐标系中描点, 画出相应的图线,探究 与 的关系. 的关系 (7)保持沙及小桶的质量不变, 改变小车的质量 在小车上增 保持沙及小桶的质量不变, 保持沙及小桶的质量不变 改变小车的质量(在小车上增 减砝码),重复上述步骤(5)、 ,探究a与 的关系 的关系. 减砝码 ,重复上述步骤 、(6),探究 与M的关系 5.注意事项 注意事项:(1)在本实验中 , 必须平衡摩擦力 , 方法是将长 在本实验中, 注意事项 在本实验中 必须平衡摩擦力, 木板不带滑轮的一端垫起,而垫起的位置要恰当.在位置确定以 木板不带滑轮的一端垫起,而垫起的位置要恰当 在位置确定以 不能再改变木板的倾角. 后,不能再改变木板的倾角 (2)改变 和 M的大小时 , 每次小车开始释放时应尽量靠近 改变m和 的大小时 的大小时, 改变 打点计时器,而且先通电再释放小车. 打点计时器,而且先通电再释放小车 (3)每次利用纸带确定 时,应采用逐差法. 每次利用纸带确定a时 应采用逐差法 每次利用纸带确定 (4)作图时, 要使尽量多的点在直线上 , 不在直线上的点应 作图时, 作图时 要使尽量多的点在直线上, 对称分布在直线的两侧,误差较大的舍去. 对称分布在直线的两侧,误差较大的舍去
F1 F2
x1/x2
F1/F2
2、加速度与质量的关系:
X 1 a1 = X 2 a2
次 数 1 2 3 4
M1 M2
M2 M1
x1/x2
0
M2/M1
设计实验2 设计实验2:
3.实验器材 打点计时器、纸带及复写纸、小 实验器材:打点计时器 纸带及复写纸、 实验器材 打点计时器、 一端附有滑轮的长木板、小桶、细绳、 车、一端附有滑轮的长木板、小桶、细绳、 低压交流电源、两根导线、天平、 沙、低压交流电源、两根导线、天平、刻度 砝码. 尺、砝码
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 ∆。
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学习中心:提交时间:2014 年 6 月 2 日汽垫上静止释放,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=1/0.0058=172克,与实际值M=165克的相对误差:%2.4165165172=- 可以认为,质量不变时,在误差范围内加速度与合外力成正比。
2、由数据记录表4,可得a 与M 的关系如下:由上图可以看出,a 与1/M 成线性关系,且直线近似过原点。
直线的斜率表示合外力,由上图可得:F=9342gcm/s 2,实际合外力F=10克力=10g*980cm/s 2=9800gcm/s 2,相对误差:%7.4980093429800=-可以认为,合外力不变时,在误差范围内加速度与质量成反比。
验证牛顿第二定律完整版

验证牛顿第二定律 HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】实验4: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.探究加速度与力、质量的关系。
3.掌握灵活运用图象处理问题的方法。
二、实验原理控制变量法:在所研究的问题中,有两个以上的参量在发生牵连变化时,可以控制某个或某些量不变,只研究其中两个量之间的变化关系的方法,这也是物理学中研究问题时经常采用的方法。
本实验中,研究的参量为F、M和a,可以控制参量M一定,研究a与F的关系,也可控制参量F一定,研究a与M的关系。
三、实验器材电磁打点计时器、复写纸片和纸带、一端有定滑轮的长木板、小车、小盘、低压交流电源、天平、砝码、刻度尺、导线。
四、实验步骤1.用天平测量小盘的质量m和小车的质量M。
2.把一端附有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。
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。
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。
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,让小车在木板上滑动打出纸带。
7.改变小车上砝码的个数,重复步骤6。
五、实验数据的处理方法——图象法、化曲为直的方法1.探究加速度与力的关系以加速度a为纵坐标,以F为横坐标,根据测量的数据描点,然后作出图象,看图象是否是通过原点的直线,就能判断a与F是否成正比。
验证牛顿第二定律实验报告

实验5 验证牛顿第二定律一、实验目的1. 了解气垫技术和光电计时技术技术原理,掌握气垫导轨和计时计测速仪的使用方法。
2. 测量滑块加速度,验证牛顿第二定律。
二、实验仪器汽垫导轨及附件、MUJ-5B 型计时计数测速仪、电子天平三、实验原理1、速度测量宽度为Δs 的挡光片(如图1)垂直装在滑块上,随滑块在气垫导轨上运动,挡光片通过光电门时,测速仪测出挡光时间Δt ,则瞬时速度:ts dt ds t s v t ∆∆≈=∆∆=→∆lim(1) 式中Δs 根据实际宽度设置好,速度由测速仪自动计算并显示。
2、加速度测量挡光片随滑块通过光电门1和2,测出挡光片经过两个光电门的挡光时间1t ∆、1t ∆及从门1运动到门2的运动时间t ,测速仪自动按(2)式计算并显示加速度a 。
⎪⎪⎭⎫⎝⎛∆-∆∆=-=1212t 1t 1t s t v v a (2) 3、牛顿第二定律验证方法在右图由1m 、2m 构成的系统中,在阻力忽略不计时,有:a m m g m )(212+=。
令g m F 2=,21m m M +=,则有Ma F =。
保持M 不变,改变F ,测a ,可验证a 与F 的关系;F 不变,改变M ,测a ,可验证a与M 的关系。
四、实验内容与步骤1.气垫导轨的水平调节分静态调平法或动态调平法。
采用静态调平法:接通气源后,将滑块在气垫导轨中间静止释放,观察滑块运动,根据运动方向判断并调节导轨调平螺钉,反复进行,使滑块静止释放后保持不动或稍微左右摆动。
2.练习测量速度和加速度。
3.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 ,按上图所示装配,测速仪选“加速度” 功能,将4个砝码全部放在滑块上,将滑块移至远离滑轮一端释放,通过两光电门,记录加速度a 。
重复测量4次。
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。
验证牛顿第二定律实验

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,一端附有滑轮的轨道,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,调整轨道的倾斜程度,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________________________________。
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《验证牛顿第二定律》参考实验报告
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.验证牛顿第二定律。
实验仪器
气垫导轨,气源,通用电脑计数器,游标卡尺,物理天平等。
实验原理
牛顿第二定律的表达式为
F =m a (1—1)
验证此定律可分两步
(1)验证m 一定时,a 与F 成正比。
(2)验证F 一定时,a 与m 成反比。
把滑块放在水平导轨上。
滑块和砝码相连挂在滑轮上,由砝码盘、滑块、砝码和滑轮组成的这一系统,其系统所受到的合外力大小等于砝码(包括砝码盘)的重力W 减去阻力,在本实验中阻力可忽略,因此砝码的重力W 就等于作用在系统上合外力的大小。
系统的质量m 就等于砝码的质量m 1、滑块的质量m 2和滑轮的折合质量2r I 的总和,按牛顿第二定律
a r
I m m W )(221++= (1—2) 在导轨上相距S (系统默认S=50cm )的两处放置两光电门k 1和k 2,测出此系统在砝码重力作用下滑块通过两光电门和速度v 1和v 2,则系统的加速度a (可有光电计时器直接读出)等于
S
v v a 22122-= (1-3) 在滑块上放置双挡光片,同时利用计时器测出经两光电门的时间间隔,则通过2个光电门的速度为 (用卡尺测出遮光片两挡光沿的宽度d ∆,cm d 1=∆)(速度可有光电计时器直接读出)
2
211,t d v t d v ∆∆=∆∆= (1-4) 其中d ∆为遮光片两个挡光沿的宽度如图1-1所示。
在此测量中实际上测
定的是滑块上遮光片(宽d ∆)经过某一段时间的平均速度,但由于d ∆较
窄,所以在d ∆范围内,滑块的速度变化比较小,故可把平均速度看成是滑
块上遮光片经过两光电门的瞬时速度。
同样,如果t ∆越小(相应的遮光片
宽度d ∆也越窄),则平均速度越能准确地反映滑块在该时刻运动的瞬时速
度。
实验步骤
1.调好光电计时器,调整气垫导轨水平
(1)首先检查计时装置是否正常。
将计时装置与光电门连接好,要注意套管插头和插孔要正确插入,将两光电门按在导轨上,利用功能键调到加速度,利用转换键调至显示速度和加速度。
双挡光片第一次挡光开始计时,第二次挡光停止计时就说明光电计时装置能正常
工作;
(2)给导轨通气,并检查气流是否均匀;
(3)选择合适的挡光片放在滑块上,再把滑块置于导轨上;
(4)调节导轨底座调平螺丝,使其水平。
只要导轨水平,滑块在导轨上的运动就是匀速运动,只要是匀速运动,滑块经过两光电门的速度相等。
2.验证牛顿第二定律
(1)保证系统的总质量不变时,验证加速度与外力的关系。
1)调整气垫导轨,让质量为m2滑块能在气垫导轨上作匀速运动。
将两个光电门置于相距S(系统默认S=50cm)的位置上;
∆的砝2)把系有砝码盘的轻质细线通过滑轮和滑块相连,在滑块上放置多个质量为m
码,用天平测得系统的总质量m,从光电计时器读出加速度a1 ;
∆的砝码加至砝码盘中,分别读出加速度a2 ,a3,a4 …。
3)依次从滑块上取下质量为m
4)用作图法处理数据,验证加速度与外力之间的线性关系。
(2)保持外力不变(即砝码盘与砝码的总质量不变),改变滑块质量,研究系统质量与加速度的关系。
1)调节两光电门之间的距离合适;
∆2)令托盘和它上面的砝码的质量m1不变,改变滑块的质量m2 ,在滑块上每次增加m 砝码,测出a。
3)通过在滑块上增加砝码,多次改变滑块的质量,分别测量对应a ,用作图法处理数据,验证加速度与质量之间的反比关系
实验数据记录及处理
1测量数据记录与处理。
系统的总质量M不变,M=(滑块,滑块上的砝码,托盘,托盘上的砝码,绳子等组成)
表1
利用描点法作图:以a, F分别为横坐标、纵坐标作图(成线性关系,应为一直线)
保持外力不变,改变质量
F=(即托盘与托盘上砝码的总质量不变,它们受的重力)
表2
利用描点法作图:以a, 1/M分别为横坐标、纵坐标作图(成线性关系,应为一直线)实验结论
1.加速度与外力之间成线性关系。
2.加速度与质量的倒数之间成正比关系。
(加速度与质量之间的反比关系)
实验中的注意问题
1、光电计时器一定要调到加速度、并通过转换键调到显示速度和加速度
2、光电门之间距离要调到50cm, 选择合适的遮光片。
3、气垫导轨使用前一定要调水平
4、第二定律中的质量一定不要认为是滑块的质量,让总质量保持不变时,不要再向运动系
统中添加砝码。
5、作图要使用铅笔,先描点,描点要清晰,然后使用直线连接各点(或平均分布于直线两
侧,严重偏离的数据剔除)。
思考题
1.实验中如果导轨未调平,对验证牛顿第二定律有何影响,得到的图将是什么样的?图线偏移原点
2.如何尽量减小误差?气垫导轨要尽可能水平等。