速度、加速度的测定和牛顿运动定律的验证
实验04 验证牛顿第二定律(解析版)
实验四 验证牛顿第二定律（解析版）1.实验原理 (1)保持质量不变,探究加速度与合力的关系。
(2)保持合力不变,探究加速度与质量的关系。
(3)作出a-F 图象和a-图象,确定其关系。
1m 2.实验器材 打点计时器、纸带、复写纸、小车、一端附有定滑轮的长木板、小盘、砝码、夹子、细绳、交流电源、导线、天平(带有一套砝码)、刻度尺。
3.实验步骤 (1)测量:用天平测量小盘和砝码的质量m',小车的质量m 。
(2)安装:按照如图所示的装置把实验器材安装好,但是不把悬挂小盘的细绳系在小车上(不给小车牵引力)。
(3)平衡摩擦力:在长木板不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木块,使小车能匀速下滑。
(4)操作:①小盘通过细绳绕过定滑轮系在小车上,先接通电源,后放开小车,打点结束后先断开电源,再取下纸带。
②保持小车的质量m 不变,改变小盘和砝码的质量m',重复步骤①。
③在每条纸带上选取一段比较理想的部分,测加速度a 。
④描点作图,以m'g 作为拉力F ,作出a-F 图象。
⑤保持小盘和砝码的质量m'不变,改变小车质量m ,重复步骤①和③,作出a-图象。
1m4.数据分析 (1)利用Δx=aT 2及逐差法求a 。
(2)以a 为纵坐标,F 为横坐标,根据各组数据描点,如果这些点在一条过原点的直线上,说明a 与F 成正比。
(3)以a 为纵坐标,为横坐标,描点、连线,如果该线为过原点的直线,就能判定a 与m 成反比。
1m 5.注意事项 (1)平衡摩擦力:适当垫高木板的右端,使小车的重力沿斜面方向的分力正好平衡小车和纸带受到的阻力。
在平衡摩擦力时,不要把悬挂小盘的细绳系在小车上,让小车拉着穿过打点计时器的纸带匀速运动。
(2)不重复平衡摩擦力。
(3)实验条件:m ≫m'。
(4)“一先一后一按”:改变拉力或小车质量后,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。
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。
《大学物理(一)》实验报告(速度、加速度的测定和牛顿运动定律的验证)
（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
出加速度。
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
（ 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
，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 和滑块及细线所受的粘滞阻力及空气阻力忽略不计，则有
T，由于气垫导轨
（ 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=ma。根据式（ 7），验证牛顿第二定律可分为以下两步来完成。
《大学物理(一)》实验报告验证牛顿第二定律-气垫导轨实验(一)
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
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。
（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。
5．掌握验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
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.
2021高三物理学案：第三章 实验四验证牛顿运动定律 含答案
实验四验证牛顿运动定律ZHI SHISHU LI ZI CE GONG GU知识梳理·自测巩固一、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。
3．探究加速度与力、质量的关系，并验证牛顿第二定律.二、实验原理如图所示，在探究加速度a与合力F及质量M的关系时，应用的基本方法是控制变量法，即先控制小车的质量M不变，讨论加速度a与力F的关系;再控制小盘和盘中砝码的质量m不变，即力F 不变,改变小车的质量M，讨论加速度a与质量M的关系。
三、实验步骤(1）称量质量：用天平测量小盘的质量和小车的质量M。
(2)安装器材:按图把实验器材安装好，只是不把悬挂小盘的细绳系在小车上(即不给小车牵引力）.(3)平衡摩擦力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木块，使小车匀速下滑.这时，小车拖着纸带运动时受到的摩擦阻力恰好与小车所受的重力沿斜面向下的分力平衡。
（4）小盘通过细绳绕过滑轮系于小车上，先接通电源后放开小车，取下纸带编号码。
（5)保持小车的质量M不变，改变小盘和盘中砝码的质量m，重复步骤（4).（6)保持小盘和盘中砝码的质量m不变，改变小车质量M，重复步骤(4）。
四、数据处理(1)在“探究加速度与力的关系”实验中，以加速度a为纵坐标、力F为横坐标建立坐标系，根据各组数据在坐标系中描点。
如果这些点在一条过原点的直线上,说明a与F成正比；（2）在“探究加速度与质量的关系”实验中，“a与M成反比”实际上就是“a与错误!成正比”，以a为纵坐标、以错误!为横坐标建立坐标系，如果a－错误!图线是一条过原点的直线，就能判断a与M 成反比——“化曲为直”法。
注意：两个图象斜率的物理意义：a－F图线的斜率表示小车和车中砝码质量的倒数,即错误!;a－错误!图线的斜率表示小车受到的合力,即小盘和盘中砝码的重力mg.五、注意事项(1）平衡摩擦力中的“不重复”：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。
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速度、加速度的测定和牛顿运动定律的验证中国石油大学,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: 学习中心:
提交时间: 年月日
一、实验目的
1. 了解气垫技术的原理，掌握气垫导轨和计时计测速仪的使用方法。
2. 掌握测速仪测速度、加速度方法。
3. 验证牛顿第二定律。
二、实验原理
1、速度测量
挡光片宽度Δs已知，用计时测速仪测出挡光片通过光电门时的挡光时间Δt,即可测出平均速度，因Δs很小，该平均速度近似为挡光片通过光电门时的瞬
时速度，即:
,sds,sv,,,瞬时速度: lim,tdt,t,t,0
MUJ-5B计时仪能直接计算并显示速度。
,s2、加速度测量
设置两个光电门，测出挡光片通过两个光电门的速v、v度和挡光片在两12光电门间的运动时间t，即可测出加速度a。
vv,21a ,t
MUJ-5B计时仪能直接计算并显示加速度。
3、牛顿第二定律验证
在右图由m、m构成的系统中，在阻力忽12
略不计时，有:
mg,(m，m)a 212
F,Ma令，，则有 F,mgM,m，m212
令M,m，m不变，改变F,mg(将砝码依次从滑块上移到砝码盘上，122
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F,mg不变，改变M,m，m(在滑块上增加配重)，即可验证合外力不变212 时，加速度与质量的关系。
三、实验器材
汽垫导轨(含气源等附件)、MUJ-5B型计时计数测速仪、电子天平四、实验内容
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。
m用电子天平称出滑块质量，测速仪功能选“加速度”，按上图所示放滑块置滑块，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
m,10g)，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2 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。
五、实验数据
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
172,165相对误差: ,4.2%165
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。
2直线的斜率表示合外力，由上图可得:F=9342gcm/s,实际合外力F=10克力9800,934222=10g*980cm/s=9800gcm/s，相对误差: ,4.7%9800
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。
六、结论
实验结论:根据数据处理结果，可以认为:在误差的范围内，实验与牛顿第二定律相符，即加速度与合外力成正比，与质量成反比。
实验分析:实验误差主要来源于以下方面:
1. 导轨未完全调水平;
2. 空气阻力的影响，细线、滑轮运动阻力的影响;
3. 气流波动的影响; 2
4. 本地重力加速度近似取980cm/s。
5. 砝码的质量误差。
空气等各种阻力对实验的影响可能是主要的。
因为空气阻力一般与速度的二次方成正比，所以实验中拉力不能太大，否则加速度大，速度增加快，空气阻力增加也快;但拉力也不能过小，否则很小的阻力也会产生较大的影响。
备注:该报告纳入考核，占总评成绩的10%。