牛顿第二定律的验证
牛顿第二定律的验证实验
牛顿第二定律的验证实验牛顿第二定律是经典力学的基础定律之一，它描述了物体的运动与外力之间的关系。
根据牛顿第二定律，物体所受的净力等于物体质量与加速度的乘积，即F=ma，其中F是物体所受的净力，m是物体的质量，a是物体的加速度。
为了验证牛顿第二定律，我们可以进行如下的实验。
首先，我们需要准备一台平滑的、无摩擦的水平桌面。
在桌面上放置一块光滑的小物体，比如一个小木块。
然后，我们需要一个弹性绳，一段绳子的一端绑在小木块上，另一端则固定在桌子上的一个固定点。
还需要一个质量盘，可以向小木块施加一个恒定的水平拉力。
接下来，我们需要测量小木块的质量，并记录下来。
然后，我们需要测量质量盘的质量，并记录下来。
根据牛顿第二定律的公式F=ma，我们可以解出所需施加的净力F。
接下来，我们开始实验。
首先，我们在质量盘上加上一个适当的质量，使其施加的拉力F恒定不变。
然后，我们可以用一个计时器来测量小木块从静止开始加速到一定速度所经过的时间。
记录下测量结果。
通过测量小木块的加速度，我们可以使用牛顿第二定律的公式F=ma来计算施加在小木块上的净力。
比如，如果小木块的质量为m，加速度为a，那么净力F=ma。
将这个净力与之前计算得到的净力值进行比较，如果两个净力值非常接近，那就可以说明牛顿第二定律被验证了。
为了提高实验的准确性，我们可以重复多次实验，并计算出它们的平均值。
还可以通过增加或减小施加在小木块上的质量盘的质量来改变净力的大小，以验证牛顿第二定律在不同净力条件下的可靠性。
这个实验不仅验证了牛顿第二定律，还给我们提供了一种测量物体质量和加速度的方法。
同时，还可以通过施加不同大小的外力，研究物体质量、加速度和净力之间的关系，进一步深入理解牛顿第二定律。
在实际应用中，牛顿第二定律的验证对于物理学、工程学等领域具有重要意义。
例如，在汽车行驶过程中，通过测量车辆的一些参数，如质量、加速度和施加在车辆上的净力，可以得到车辆的动力学特性，进而优化车辆设计，提高行驶的安全性和舒适性。
牛顿第二定律的验证
碰｝在生产实践中广泛存在着，例如锻铁、打桩等都 是 碰撞过程，在研究分子、原子、原子核的散射时，在一 定 意义下，也可看作碰撞过程来处理。
碰撞的情况是多种多样的，作为动量守恒和机械能守 恒的应用，结合气垫实验，我们只讨论二滑块的正碰。
牛顿总结实验结果，提出碰撞定律：碰撞两球的分离 速度与碰撞前两球接近速度成正比，比值为e ,叫恢复系 数， 即
光电门P 即可
考察：
W = AE,
K
<
利用前面系统总质量不变情况下的实验数据进行考察。系统状态
改变时秩码下落的高度h等于两光电门之间的距离。
实验内容
•用实验室提供的仪器设计进行完全弹性碰撞、 非 完全弹性碰撞、完全非弹性碰撞实验的方案。
•自己设计数据记录表格。 •验证上述三种类型的碰撞结果。
世 三二】 的数学表述是：F=Ma0它是质点动力学 的基本方
程，它给出了力、质量和加速度三个物理量之间的 定量关系。 验证牛顿第二定律从两个方面着手：
(1) 系统总质量不变，考察合外力和加速度的关系。 (2) 合外力不变，考察总质量和加速度的关系。
为了减少摩擦阻力的影响，实验中使用了气垫导轨。 使用光电门、电脑通用计数器及安装于滑块上的挡光片可测 出滑块通过两光电门时的速度和间隔时间，从而得到加速度
B） 记录数据，作Fr-v曲线。
A） 操作：设置电脑通用计数器的“功能键”于“加速度”，按“转换键 '
选择档光片的宽度值。
B） 记录数据，作a-F曲线，由斜率1/〃?得m的实验值，与质量标称 值比较，
计算相对误差。 C） 用最小二乘法处理数据，计算相对误差。
书？验内容 §二定律的验证（二）
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、了解气垫导轨的构造和调整方法，学习气垫导轨及数字计时系统的使用；2、研究力、质量和加速度之间的关系，验证牛顿第二定律。
实验仪器：气垫导轨、滑块、光电门、电脑通用计数器、砝码（5克*5）、配重块（50克*5）、物理天平、细线。
实验原理：牛顿第二定律的数学表达式为F=mɑ。
（当物体的质量m一定时，其加速度ɑ与所受的合外力F成正比；当合外力一定时，物体的质量m与加速度ɑ成反比。
）实验装置如右图，由牛顿第二定律可得：m2g=(m1+m2)ɑ。
其中m2为砝码和砝码盘的质量，m1为滑块及其附加物的质量,ɑ为系统的加速度，m1+m2为系统的总质量。
上式表明：当系统的总质量(m1+m2)保持不变时，加速度ɑ与所受的合外力m2g成正比；当合外力m2g保持恒定时，系统的总质量(m1+m2) 与加速度ɑ成反比。
因而验证式m2g=(m1+m2)ɑ成立，也就是验证了牛顿第二定律。
实验步骤与内容：1、仪器调整：（1）调节气垫导轨水平：静态调平或动态调平。
（2）安装调试光电计时系统。
2、验证牛顿第二定律：（1）验证运动系统的总质量(m1+m2)不变，合外力F正比于加速度ɑ。
将改变m2所需砝码预先放在滑块上，使滑块从第一个光电门外侧20cm 处开始运动，逐次从滑块上取下相等质量的砝码（每次取5克，共取5次），放入砝码盘中，直到砝码全部移到盘中为止，测出滑块经过两个光电门间的加速度，填入表1中。
（2）验证合外力不变，运动系统的总质量(m1+m2) 与加速度ɑ成反比。
保持砝码盘中的砝码质量不变，逐次在滑块上加配重块（每次加50克，共加5次），测出加速度，填入表2中。
原始数据记录表:数据处理要求：根据表1中数据做ɑ～F图，若为直线，则F和ɑ成正比关系成立，且直线的斜率应等于（前两位数字相同即可认为在误差范围内相等）运动系统总质量的倒数。
根据表2的数据做出ｍ1～1/ɑ图，若为直线，且直线的斜率等于ｍ2ｇ（前两位数字相同），截距为-ｍ2，则可认为系统的总质量与其加速度成反比关系成立。
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。
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重要定律之一，它描述了物体受力时的加速度与力的关系。
在科学史上，有许多实验被用来验证牛顿第二定律的有效性和准确性。
本文将介绍其中一些实验，并讨论其对牛顿第二定律的实验验证。
首先，我们来探讨一个经典的实验——斜面实验。
在这个实验中，一个物体沿着斜面滑动，我们可以通过测量物体在不同角度下的加速度来验证牛顿第二定律。
根据牛顿第二定律的表达式F=ma，我们可以得知加速度与物体所受合力成正比。
通过改变斜面的倾角和测量物体的加速度，我们可以验证这个关系是否成立。
为了进行斜面实验，我们可以利用一块光滑的斜面和一个固定在斜面上的测力计。
首先，将物体放置在斜面顶端，然后逐渐倾斜斜面，同时测量物体在每个角度下的加速度。
根据实验数据和斜面的几何参数，我们可以计算出物体所受的合力和加速度。
在验证牛顿第二定律时，我们也可以考虑空气阻力对物体运动的影响。
另外一个用来验证牛顿第二定律的实验是物体的自由落体实验。
根据牛顿第二定律，自由下落的物体在重力作用下会产生匀加速度运动。
因此，通过测量自由落体物体的加速度，我们也可以验证牛顿第二定律的有效性。
为了进行自由落体实验，我们可以利用一个竖直的透明直管和一个装有计时器的高精度观测工具。
首先，我们将物体放入直管的顶端，开始计时，并观察物体下落的过程。
通过测量物体在不同时间段内所经过的距离，我们可以计算其平均速度和加速度。
通过多次实验和数据处理，我们可以得到牛顿第二定律的验证结果。
除了斜面实验和自由落体实验，还有许多其他实验可以用来验证牛顿第二定律。
例如，弹簧振子实验、碰撞实验等等。
这些实验都是在控制条件下进行的，通过精确测量物体的运动和受力情况来验证牛顿第二定律的适用性。
通过这些实验的验证，我们可以得出结论：牛顿第二定律是一个准确且适用于经典力学的定律。
它可以通过实验的观察和数据的分析得到有效验证。
牛顿第二定律的重要性不仅体现在它的实验验证上，更体现在它对力学和物理学的广泛应用中。
(word完整版)大学物理实验 牛顿第二定律的验证
实验一 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．学会用光电计时系统测量物体的速度和加速度。
3．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 。
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、滑块的质量和滑轮的折合质量的总和。
在导轨上相距S 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 等于Sv v a 22122-= 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,则系统的加速度为)11(2)(21212222122t t S d v v Sa ∆-∆∆=-=其中d ∆为遮光片两个挡光沿的宽度如图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,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.实验内容1．观察匀速直线运动（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，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。
验证牛顿第二定律实验采用的科学方法
验证牛顿第二定律实验采用的科学方法牛顿第二定律，也称为运动定律，是经典力学的基本定律之一。
它表明，一个物体的加速度与作用于该物体的力成正比，与该物体的质量成反比。
这个定律为我们理解物体的运动提供了重要的基础，因此，科学家们一直在探索各种方法来验证这个定律是否正确。
本文将介绍牛顿第二定律实验采用的科学方法。
1.实验设计实验设计是验证牛顿第二定律的关键，因为它决定了实验结果的准确性和可信度。
为了验证牛顿第二定律，科学家们设计了一系列实验，其中最常用的是牛顿第二定律的基本公式：F=ma。
在这个公式中，F代表作用于物体上的力，m代表物体的质量，a代表物体的加速度。
因此，实验的设计需要确定如下几个要素：1) 选择物体：实验需要选择一个具有一定质量的物体，以便测量它的加速度。
2) 选择力：实验需要选择一种力来作用于物体上，以便测量它的加速度。
3) 测量加速度：实验需要测量物体的加速度，以便验证牛顿第二定律。
基于这些要素，科学家们设计了很多实验，其中最常用的是牛顿摆实验和自由落体实验。
2.牛顿摆实验牛顿摆实验是一种经典的验证牛顿第二定律的方法。
在这个实验中，一个球体被挂在一条细绳上，细绳的一端固定在支架上。
当球体被拉到一定角度后，它将被释放，并开始在细绳上摆动。
这个实验的关键是测量球体的摆动周期，并计算出球体的加速度。
为了进行牛顿摆实验，科学家们需要进行以下步骤：1) 选择物体：在牛顿摆实验中，球体是最常用的物体。
2) 选择力：在牛顿摆实验中，重力是作用于球体上的力。
3) 测量加速度：为了测量球体的加速度，科学家们需要测量球体的摆动周期，并计算出球体的加速度。
牛顿摆实验的优点是简单易行，可以用简单的设备进行。
但它的缺点是受到空气阻力的影响，实验结果可能存在误差。
因此，科学家们通常会采用更加精确的实验方法来验证牛顿第二定律。
3.自由落体实验自由落体实验是一种更加严格的验证牛顿第二定律的方法。
在这个实验中，一个物体被释放，从一定高度自由落下。
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实验 牛顿第二定律的验证
实验目的
1．学习气垫导轨和光电计时器的调整方法。
2．验证牛顿第二定律。
3．学习在低摩擦情况下研究力学问题的方法。
仪器用具
气垫导轨、滑块、光电计时器、砝码。
实验原理
（一） 验证牛顿第二定律
按牛顿第二定律，对于一定质量m 的物体，其所受的合外力F 和物体所获得的了加速度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。
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。
实验系统如图1所示，水平放置的质量为m 2的滑块和质量为m 1的砝码用一轻质细线通过半径为R 定滑轮与相连，忽略滑轮与轴承之间的摩擦力以及细线的质量，且细线与滑轮之间无滑动。
m 1
m
1
a
T m 1
图1
设滑轮C 与滑块m 2之间绳的张力为T 2，滑轮C 与砝码之间绳的张力为T 1，滑块m 2的加速度为a （图1）。
为滑轮的转动惯量为I ，角加速度为β 综上有：
12()T T R I β-= （2）
1122
I
m g m m a R =++
⋅（） (3)
若不考虑滑轮的转动惯量I ，则有
a m m g )m F 211+==（ （4）
即此系统受到的合外力m 1g 等于系统总质量12()m m +与加速度a 的乘积。
实验中滑块质量用天平称量，加速度a 按下述方法测量：在导轨上相距为S 的两处安放两
光电门K 1和K 2，测出运动系统在砝码的重力m 1g 作用下，滑块做匀加速运动，则系统加速度用通用计数器的测量加速度档直接测出。
（二） 仪器使用原理
1．气垫导轨 如图1 所示，气垫导轨是一种摩擦力很小的实验装置，它利用从导轨表面小孔喷出的压缩空气，在滑块与导轨之间形成很薄的空气膜，将滑块从导轨面上托起，使滑块与导轨不直接接触，滑块在滑动时只受空气层间的内摩擦力和周围空气的微弱影响，这样就极大地减少了力学实验中难于克服的摩擦力的影响，滑块的运动可以近似看成无摩擦运动，使实验结果的精确度大为提高。
图1 气垫导轨装置图
2．MUJ-ⅢA 电脑式数字毫秒计 在用气垫导轨验证牛顿第二定律实验中，我们采用MUJ-ⅢA 电脑式数字毫秒计测量时间。
利用它的测加速度程序，可以同时测量出滑块通过两个光电门的时间及滑块通过两个光电门之间的时间间隔。
使用计数器时，首先将电源开关打开（后板面），连续按功能键。
使得加速度功能旁的灯亮，气垫导轨通入压缩空气后，使装有两个挡光杆的滑块依次通过气垫导轨上的两个光电门计数器按下列顺序显示测量的时间： 显示字符 含 单位P 1 通过第一个光电门的 cm/s (亮) ××·×× 速度 ;P2 通过第二个光电门的 cm/s (亮) ××·×× 速度;P1—2 在 第一和第二个光电门之间运动的 cm/s 2(亮) ××·×× 加速度 .若不是要求的单位亮则按转换键即可显示要求的单位。
实验内容
一、调节气垫导轨水平。
采用如下两种方法： 1．静态调节法
打开气泵给导轨通气，将滑块放在导轨上，观察滑块向哪一端移动，就说明那一端低。
调节导轨底脚螺丝直至滑块保持不动或者稍有滑动但无一定的方向性为止。
原则上，应把滑块放在导轨上几个不同的地方进行调节。
如果发现把滑块放在导轨上某点的两侧时，滑块都向该点滑动，则表明导轨本身不直，并在该点处下凹(这属于导轨的固有缺欠，本实验条件无法继续调整)。
这种方法只作为导轨的初步调平。
2．动态调节法
轻拨滑块使其在导轨上滑行，测出滑块通过两光电门的时间1t δ和2t δ，1
t δ和2t δ相差较大则说明导轨不水平。
由于空气阻力的存在，即使导轨完全水平，滑块也是在做减速运动，即12t t δδ<，所以不必使二者相等。
二、验证牛顿第二定律
1.在导轨上固定两个光电门，将线一端系在滑块上，另一端通过气垫滑轮与砝码盘相连。
在滑块上放置四个砝码，砝码盘自身质量为5g 。
滑块置于远离气垫滑轮的导轨另一端，由静止释放，在砝码盘所受重力作用下，滑块作匀加速直线运动，由计数器测量出加速度1a 。
重 复 测 量 三次（注意：滑块释放的初始位置必须一致，靠近气垫滑轮的光电门安放位置要合适，防止滑块尚未通过此光电门而砝码盘已落到地面上）。
2.将一个砝码从滑块上取下，放入砝码盘中，重复上述实验步骤，测出滑块加速度2a 。
依次从滑块上取下一个砝码放入砝码盘中（盘中砝码总数为4个），重复上述实验步骤，分别测出滑块加速度3a 、4a 和5a
3.记录1m ，2m 和M 的值，计算出作用力1F 、2F 、3F 、4F 和5F （1m 指砝码盘及盘中砝码的质量之和，M 为滑块、砝码盘及盘中砝码的质量之和）。
4．验证当合外力合F 一定时，验证系统总质量M 与加速度a 成反比。
保持砝码盘中的砝码质量不变，逐次在滑块上增加配重块（50g ），利用数字毫秒计将测出的数据填入表（2）中。
数据记录：
1.保持系统总质量M （包括滑块、实验中所用到的全部砝码和砝码盘的质量）不变，改变系统的合外力F 的大小，验证F 正比于a 两光电门之间距离s=50cm ，挡光片宽度l=1cm
作图分析F a 与的关系应满足a ∝F ，且比例系数为M .
2.验证当合外力合F 一定时，系统的加速度a 与总质量M （21m m +）成反比。
表2 重力==g m 1F 理 （N ）
实验结果应满足M
a ∝，即)(M F 332211N a M a a M ===测 数据处理
1．作a -F 图和1/M -a 图。
2．根据图形说明比例关系，验证牛顿第二定律。
思考题
1．在验证牛顿第二定律时，为何将减去的砝码放在滑块上？
2．若考虑到各种因素，当滑块在气垫导轨上经过两光电门的时间完全相等时，是否可以认为导轨已真正处于水平状态？为什么？。