【高考第一轮复习物理】实验：验证牛顿第二定律

[实验目的]

验证牛顿第二定律；学会用控制变量法研究物理规律；学会利用图象处理数据．

[实验原理]

保持作用力不变，确定加速度与质量的大小关系；保持质量不变，探究加速度跟合外力的关系；作出a －F 图象和a －1

M 图象，确定其关系．

[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。 [实验步骤]

1．用天平测出小车和小桶的质量M 和M'，把数据记录下来。

2．按如图装置把实验器材安装好，只是不把挂小桶用的细线系在小车上，即不给小车加牵引力。 3．平衡摩擦力：在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上垫木，反复移动垫木的位置，直至小车在斜面上运动时可以保持匀速直线运动状态（可以从纸带上打的点是否均匀来判断）。

4．在小车上加放砝码，小桶里放入适量的砂，把砝码和砂的质量m 和m'记录下来。把细线系在小车上并绕过滑轮悬挂小桶，接通电源，放开小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，取下纸带，在纸带上写上编号。

5．保持小车的质量不变，改变砂的质量（要用天平称量），按步骤4再做5次实验。 6．算出每条纸带对应的加速度的值。

7．用纵坐标表示加速度a ，横坐标表示作用力，即砂和桶的总重力(M'+m')g ，根据实验结果在坐标平面上描出相应的点，作图线。若图线为一条过原点的直线，就证明了研究对象质量不变时其加速度与它所受作用力成正比。

8．保持砂和小桶的质量不变，在小车上加放砝码，重复上面的实验，并做好记录，求出相应的加速度，用纵坐标表示加速度a ，横坐标表示小车和车内砝码总质量的倒数

m

M 1 ，在坐标平面上根据实验结

果描出相应的点并作图线，若图线为一条过原点的直线，就证明了研究对象所受作用力不变时其加速度与它的质量成反比。

[实验结论]

加速度与合外力成正比，与质量成反比． [注意事项]

1。

1．砂和小桶的总质量不要超过小车和砝码的总质量的

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2．在平衡摩擦力时，不要悬挂小桶，但小车应连着纸带且接通电源。用手给小车一个初速度，如果在纸带上打出的点的间隔是均匀的，表明小车受到的阻力跟它的重力沿斜面向下的分力平衡。

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．

4．作图时应该使所作的直线通过尽可能多的点，不在直线上的点也要尽可能对称地分布在直线的两侧，但如遇个别特别偏离的点可舍去。

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．

[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。

(2009〃江苏高考)“探究加速度与物体质量、物体受力的关系”的实验装置如图甲所示．

(1)在平衡小车与桌面之间摩擦力的过程中，打出了一条纸带如图乙所示．计时器打点的时间间隔为0.02 s．从比较清晰的点起，每5个点取一个计数点，量出相邻计数点之间的距离．该小车的加速度a＝________m/s2.(结果保留两位有效数字)

(2)平衡摩擦力后，将5个相同的砝码都放在小车上．挂上砝码盘，然后每次从小车上取一个砝码添加到砝码盘中，测量小车的加速度．小车的加速度a与砝码盘中砝码总重力F的实验数据如下表：

请根据实验数据在图中作出a－F的关系图象．

(3)根据提供的实验数据作出的a－F图线不通过原点．请说明主要原因．

(1)由题意知T＝0.1 s，Δx＝(3.68－3.52)×10－2 m．根据Δx＝aT2，得a＝0.16 m/s2.

(2)根据图中数据，合理地设计横纵坐标的刻度值，使图线的倾斜程度不至于太大，也不至于太小，45°左右为宜，由此确定F的范围从0设置到1 N较合适，而a则从0到3 m/s2较合适．

(3)与纵坐标相交而不过原点，说明当不挂砝码时，小车仍有加速度，即未计入砝码盘的重力．