2023学年度 验证牛顿第二定律

第三章牛顿运动定律第3单元实验：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．测量物体的速度和加速度。3．掌握利用图像处理数据的方法4．验证牛顿第二定律。5．学会分析和校准实验中的系统误差。二、实验器材打点计数器、纸带、复写纸片、小车、一端附有定滑轮的长木版、小盘、、夹子、细绳、低压交流电源、导线、天平（带有一套砝码）、刻度尺。气垫导轨，气源，通用电脑，游标卡尺，物理天平，钩码及托盘等。三、实验原理mM纸带打点计时器牛顿第二定律的表达式为mM纸带打点计时器验证此定律可分两步1．验证F一定时，a与m成反比如图所示装置，保持小车质量M不变，改变钩码的质量m，从而改变细线对小车的牵引力F(当m<<M时，F=mg近似成立)，测出小车的对应加速度a,由多组a、F数据作出加速度和力的关系a-F图线，验证加速度是否与外力成正比。2．验证m一定时，a与F成正比。保持砝码的质量不变，在小车上加减钩码,改变小车的质量M，测出小车的对应加速度a,由多组a、M数据作出加速度和质量倒数的关系a-M-1图线,验证加速度是否与质量成反比。四、实验步骤:1．用调整好的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，只是不把挂钩码用的系在小车上，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块，反复移动垫块的位置，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．在小车上加放钩码，细线下挂适量的钩码把钩码的质量m记录下来。把细线系在小车上并绕过滑轮悬挂钩码,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，改变钩码质量，按步骤4再做5次实验。6．在每条纸带上都选取一段比较理想的部分，表明计数点，测量计数点间的距离，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F，即钩码重力mg，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．保持钩码质量不变，在小车上加放钩码，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钩码总质量的倒数1/M,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。五、实验内容（一）回顾：

牛顿第二定律的内容？1.定义：物体的加速度跟所受的合力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟合力的方向相同。2.公式：F=ma（二）新课教学MMTTam将打点计时器安装在轨道上并连接好电源，将测出质量的小车放在轨道上，把固定在小车上，另一端穿过限位孔。使小车停靠在打点计时器一端，在不带定滑轮的一端的下面垫一块小木块，反复移动小木块，使小车在长木板上的运动可视为匀速运动。打出一条纸带，从纸带上打出的点来分析各个点之间的距离是否相等，判断是否已经平衡好摩擦力。把细绳系在小车上，并绕过定滑轮悬挂一个小钩码。先接通电源，再放开小车，打出一条纸带，取下纸带，在纸带上标出编号。保持小车的质量不变，改变钩码个数按上面的做法再做几次实验六、数据处理1、把小车在不同力作用下产生的加速度填在下表中：实验次数加速度a/(m/s2)小车受力F/N1234oaF由以上数据画出它的a-F关系图像。通过a-F关系图像，我们可以得出小车的加速度a与力oaF2、把不同质量的小车在相同力作用下产生的加速度填在下表中实验次数加速度a/(m/s2)小车质量M/kg12341/Moa由以上数据画出它的a-1/M图像，a-1/M图像，我们可以得出小车的加速度1/Moa七、例题：某同学设计了一个探究加速度a与物体所受合力F及质量m关系的实验，图（a）为实验装置简图。（交流电的频率为50Hz）（1）图(b)为某次实验得到的纸带,根据纸带可求出小车的加速度大小为m/s2。(保留二位有效数字)电火花计时器电火花计时器小车纸带重物电源插头图（a）0图0图caF单位：（cm）v图（b）（2）保持小车质量不变，改变砂和砂桶质量，该同学根据实验数据作出了加速度a随合力F的变化图线如图（c）所示。该