验证牛顿第二定律实验教育材料

1、实验：验证牛顿第二定律一、实验原理1如图所示装置，保持小车质量m不变，改变小桶内砂的质量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），用打点计时器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保持小桶和砂的质量不变，在小车上加减砝码, 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图线, 验证加速度是否与质量成反比。 平衡摩擦力的原理：（在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上垫块，使长木板倾斜，便用重力的分力来平衡摩擦力。）ggnfxygxgy对小车受力分析，小车受到g

2、、n和摩擦力f三力作用，处于平衡状态时，。故当木板倾斜一定角度时，可以用重力的分力来平衡摩擦力。故验证牛二时，小车受到的拉力f即为小车的合力。二、实验器材小车，砝码，小桶，砂, 细线，附有定滑轮的长木板,垫块，电火花打点计时器，220v交流电源, 导线两根, 纸带,托盘天平及砝码，米尺。三、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块，反复移动垫块的位置，直至轻轻推一推小车，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

3、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用逐差法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

4、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,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。 四、注意事项1砂和小桶的总质量不要超过小车和砝码的总质量的1/10，为什么？ 设，小车和砝码总质量为m，而m和m连接在一起运动，有相同的加速度为a，求绳子对小车的拉力f。解：对m和m组成的整体受力分析（只分析外力）如图1，则，由牛二得：，即对小车受力分析(忽略摩擦力)如图2，则由牛二得：故，当时，拉力。为使拉力近似为砂和小桶总重力，要满足。一般要使小车和砝

5、码总质量m要比砂和小桶总质量m大10倍以上，即。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五、例题1、在探究加速度与物体质量、物体受力的关系实验中，实验装置如图乙所示：一木块放在水平光滑长木板上，左侧拴有一不可伸长的细软线，跨过固定在木板边缘的滑轮与一重物相连，重物的质量为m。木块右侧与穿过打点计时器的纸带相连，在重物牵引下，木块在木板上向左做匀加速运动.

6、图甲给出了打点计时器在纸带上打出的一些连续的点，它们之间的距离分别为s1、s2、s3、s4、s5、s6，打点计时器所用交流电周期为t0. 根据给以上数据求：（1）木块的加速度a= .（2）细线对木块的拉力t= .（3）为了减少误差,你认为应采取什么措施? 答案： （1） （2） （3）木块的质量应远大于重物的质量；实验前将木板右端稍垫高，直至木块在细线未挂上重物时能沿木板匀速下滑。 2、在探究加速度与物体所受合外力和质量间的关系时,采用如图所示的实验装置，小车及车中的砝码质量用m表示，盘及盘中的砝码质量用m表示，小车的加速度可由小车后拖动的纸带由打点计数器打上的点计算出：（1）当m与m的大小关系满足时，才可以认为绳子对小车的拉力大小等于盘和砝码的重力。 （2）一组同学在先保持盘及盘中的砝码质量一定,探究做加速度与质量的关系,以下做法错误的是：( ) a平衡摩擦力时，应将盘及盘中的砝码用细绳通过定滑轮系在小车上 b每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力 c实验时，先放开小车，再接通打点计时器电源 d小车运动的加速度可用天平测出m以及小车质量m，直接用公式 amg/m求出。（3）在保持小车及车中的砝码质量质量m一定，探究加速度与所受合外力的关系时，由于平衡摩擦力时操作不当，二位同学得到的af关系分别如下图c、d所示(a是小车的加速度.f是细线