牛二定律实验

1、【实验步骤实验步骤】1 1、用天平测出小车和小桶的质量、用天平测出小车和小桶的质量MM0 0和和mm0 0，并，并记录数值；记录数值；2 2、按照要求安装实验器材，此时不把悬挂小桶、按照要求安装实验器材，此时不把悬挂小桶用的细绳系在车上，即不给小车加牵引力；用的细绳系在车上，即不给小车加牵引力；3 3、平衡摩擦力，在长木板不带定滑轮的一端下、平衡摩擦力，在长木板不带定滑轮的一端下面垫薄木板，并反复移动其位置，直到打点计时面垫薄木板，并反复移动其位置，直到打点计时器正常工作后，小车在斜面上的运动可以保持匀器正常工作后，小车在斜面上的运动可以保持匀速直线运动状态为止。速直线运动状态为止。4 4、记

2、录小车及车内所加砝码的质量；称好砂子、记录小车及车内所加砝码的质量；称好砂子后将砂倒入小桶，把细绳系在小车上并绕过定滑后将砂倒入小桶，把细绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂小桶；此时要调整定滑轮的高度使绳与木轮悬挂小桶；此时要调整定滑轮的高度使绳与木板平行；接通电源，放开小车，待打点计时器在板平行；接通电源，放开小车，待打点计时器在纸带上打好点后，取下纸带，做好标记。纸带上打好点后，取下纸带，做好标记。5 5、保持小车总质量不变，改变砂的质量（均要、保持小车总质量不变，改变砂的质量（均要用天平称量），按步骤用天平称量），按步骤4 4中方法打好纸带，做好中方法打好纸带，做好标记。标记。6 6、在每条纸

3、带上选取一段比较理想的部分，分、在每条纸带上选取一段比较理想的部分，分别计算出加速度值。别计算出加速度值。7 7、用纵坐标表示加速度，横坐标表示作用力、用纵坐标表示加速度，横坐标表示作用力（即砂和砂桶的总重力（即砂和砂桶的总重力mgmg），根据实验结果画），根据实验结果画出相应的点，如果这些点在一条直线上，便证明出相应的点，如果这些点在一条直线上，便证明了质量一定的情况下，加速度与合外力成正比。了质量一定的情况下，加速度与合外力成正比。8 8、保持砂和桶的质量不变，在小车上加砝码、保持砂和桶的质量不变，在小车上加砝码（需记录好数据），重复上面的实验步骤，求出（需记录好数据），重复上面的实验步骤

4、，求出相应的加速度，用纵坐标表示加速度，横坐标表相应的加速度，用纵坐标表示加速度，横坐标表示小车及砝码的总质量的倒数，根据实验结果画示小车及砝码的总质量的倒数，根据实验结果画出相应的点，如果这些点在一条直线上，就证明出相应的点，如果这些点在一条直线上，就证明了合外力一定的情况下，加速度与质量成反比。了合外力一定的情况下，加速度与质量成反比。【注意事项注意事项】实验中始终要求砂和砂桶的总质量（实验中始终要求砂和砂桶的总质量（mm）远小于小车和砝码的总质量）远小于小车和砝码的总质量（MM），一般情况下要满足），一般情况下要满足1010mmMM。只有这样，砂和砂桶的总重力。只有这样，砂和砂桶的总重力

5、才能视为小车所受的拉力。才能视为小车所受的拉力。2 2、平衡摩擦力时不要挂小桶，但小车要挂纸带并接通打点计时器；、平衡摩擦力时不要挂小桶，但小车要挂纸带并接通打点计时器；有两个作用：一是从纸带上打出的点子来判断小车是否匀速运动，二有两个作用：一是从纸带上打出的点子来判断小车是否匀速运动，二是在平衡摩擦力时也要平衡振针和纸带之间的摩擦是在平衡摩擦力时也要平衡振针和纸带之间的摩擦( (如果使用电火花如果使用电火花计时器，该摩擦可以忽略计时器，该摩擦可以忽略) )。平衡摩擦力是使小车重力沿斜面的分力。平衡摩擦力是使小车重力沿斜面的分力与小车运动时所受到的所有摩擦力相平衡。与小车运动时所受到的所有摩擦

6、力相平衡。3 3、在每次打过点的纸带上，都要注明小车的质量和拉力数值，以免、在每次打过点的纸带上，都要注明小车的质量和拉力数值，以免在分析数据时造成错误。在分析数据时造成错误。4 4、小车每次释放前应靠近打点计时器，且先接通电源再释放小车；、小车每次释放前应靠近打点计时器，且先接通电源再释放小车；小车停止运动前应按住小车。小车停止运动前应按住小车。5 5、由于、由于a aMM图像是一条曲线，难以判断图像是一条曲线，难以判断a a和和MM之间的函数关系，从之间的函数关系，从而难以确定而难以确定a a与与MM的定量关系。从已知的理论看，的定量关系。从已知的理论看，a a图像应该是一条图像应该是一条

7、直线，为了便于对实验结果作出直观判断，本实验中作直线，为了便于对实验结果作出直观判断，本实验中作a a图像，而图像，而不是作不是作a aMM图像。图像。6 6、作图像时，要使尽可能多的点子在直线上，不在直线上的点也要、作图像时，要使尽可能多的点子在直线上，不在直线上的点也要尽可能对称分布在直线两侧，其目的是在数据处理时尽量减少偶然误尽可能对称分布在直线两侧，其目的是在数据处理时尽量减少偶然误差。差。【实验误差分析实验误差分析】本实验除了实验仪器、实验条件、操作过程、数本实验除了实验仪器、实验条件、操作过程、数据处理带来误差外，更主要是分析实验原理带来据处理带来误差外，更主要是分析实验原理带来的

8、误差；本实验中认为：细绳的拉力等于砂和砂的误差；本实验中认为：细绳的拉力等于砂和砂桶的重力，即：桶的重力，即：T Tmgmg；是实验原理引起误差的；是实验原理引起误差的根本原因。根本原因。理论分析：设小车的质量为理论分析：设小车的质量为MM、平衡摩擦力后合、平衡摩擦力后合外力为外力为F F、加速度为、加速度为a a，细绳的拉力为，细绳的拉力为T T、砂和砂、砂和砂桶的总质量为桶的总质量为mm；对小车有：对小车有：a a；对系统有：；对系统有：a a；对砂及砂桶；对砂及砂桶有：有：mgmg- -T Tmama；联立解得细绳拉力表达式为：联立解得细绳拉力表达式为：T Tmgmgmgmg；要；要使使

9、T Tmgmg，必须满足的条件是：，必须满足的条件是：MMmm。【实验图像分析实验图像分析】物理中看图像，一看曲直、二看斜率、三看交点、四看面物理中看图像，一看曲直、二看斜率、三看交点、四看面积，并能对他们赋予一定的物理意义。积，并能对他们赋予一定的物理意义。1 1、本实验图像弯曲是必然的，并且是向下弯曲；、本实验图像弯曲是必然的，并且是向下弯曲；当当MM一定时，一定时，a aF F图像；理论上：若图像；理论上：若MM一定，则一定，则a aF F，a aF F图像为过原点的倾斜直线；图像为过原点的倾斜直线；实际上：实际上：a amgmg，其图像为以为斜率的曲线，当，其图像为以为斜率的曲线，当m

10、m增增加时，减少，故图像向下弯曲。加时，减少，故图像向下弯曲。当当F F一定时，一定时，a a图像；理论上：若图像；理论上：若F F一定，则一定，则a a，a a图像为过原点的倾斜直线；图像为过原点的倾斜直线；实际上：实际上：a a( (mgmg) )，以为自变量，以为自变量，mgmg不变时，其图不变时，其图像为以像为以mgmg为斜率的曲线，当增加时，斜率为斜率的曲线，当增加时，斜率mgmg减少，故减少，故图像向下弯曲。图像向下弯曲。2 2、图像弯曲的程度由的大小确定，只有当、图像弯曲的程度由的大小确定，只有当MMmm时，图时，图像近似于直线。像近似于直线。3 3、图像斜率的物理意义：、图像斜

11、率的物理意义：当当MM一定时，一定时，a aF F图像中，图像中，a aF F；其斜率为；即；其斜率为；即a aF F图像的斜率图像的斜率为小车质量的倒数。为小车质量的倒数。当当F F一定时，一定时，a a图像中，图像中，a aF F；其斜率为；其斜率为F F；即；即a a图像的斜率为图像的斜率为砂和砂桶的重力。砂和砂桶的重力。4 4、图像是否过原点、图像是否过原点反映平衡摩擦力的情况。反映平衡摩擦力的情况。（1 1）当）当MM一定时，一定时，a aF F图像；图像过原点时，表明平衡摩擦力合适，图像；图像过原点时，表明平衡摩擦力合适，如图；图像与如图；图像与a a轴截距为正数时，表明轴截距为正

12、数时，表明F F0 0时，小车就有加速度时，小车就有加速度a aa a0 0，即长木板的倾角过大，如图；图像与水平轴相交时，表明，即长木板的倾角过大，如图；图像与水平轴相交时，表明小车加上拉力小车加上拉力F FF F0 0时，其加速度时，其加速度a a0 0，即长木板的倾角过小或没有，即长木板的倾角过小或没有平衡摩擦力，如图。平衡摩擦力，如图。（2 2）当）当F F一定时，一定时，a a图像；图像过原点时，表明平衡摩擦力合适，图像；图像过原点时，表明平衡摩擦力合适，如图；图像与如图；图像与a a轴截距为正数时，表明轴截距为正数时，表明0 0、MM时，小车还有加时，小车还有加速度速度a aa a

13、0 0，即长木板的倾角过大，如图；图像与水平轴相交时，即长木板的倾角过大，如图；图像与水平轴相交时，表明小车加上拉力表明小车加上拉力F F时，其加速度时，其加速度a a0 0，即长木板的倾角过小或没有，即长木板的倾角过小或没有平衡摩擦力，如图。平衡摩擦力，如图。aFoa0F0aMoa01M01例题例题1 1、某同学设计了一个探究小车的加速度、某同学设计了一个探究小车的加速度a a与与小车所受拉力小车所受拉力F F及质量及质量mm关系的实验，图（关系的实验，图（a a）为）为实验装置简图（所用交变电流的频率为实验装置简图（所用交变电流的频率为50Hz50Hz）（1 1）图（）图（b b）为某次实

14、验得到的纸带，实验数据）为某次实验得到的纸带，实验数据如图，图中相邻计数点之间还有如图，图中相邻计数点之间还有4 4个点未画出，个点未画出，根据纸带可求出小车的加速度大小为根据纸带可求出小车的加速度大小为 m/s2m/s2（保留三位有效数字）（保留三位有效数字）（2 2）保持小车质量不变，改变砂和砂桶质量，）保持小车质量不变，改变砂和砂桶质量，一位同学根据实验数据一位同学根据实验数据作出了加速度作出了加速度a a随拉力随拉力F F的变化图线如图所示。该的变化图线如图所示。该图线不通过原点，其主要原因是图线不通过原点，其主要原因是_ _ 例题例题2 2、如图实、如图实3 31212所示的实验装置

15、可以探究加速度与物体质量、物体所示的实验装置可以探究加速度与物体质量、物体受力的关系小车上固定一个盒子，盒子内盛有沙子沙桶的总质量受力的关系小车上固定一个盒子，盒子内盛有沙子沙桶的总质量( (包括桶包括桶以及桶内沙子质量以及桶内沙子质量) )记为记为mm，小车的总质量，小车的总质量( (包括车、盒子及盒内沙子质量包括车、盒子及盒内沙子质量) )记记为为M.M.(1)(1)验证在质量不变的情况下，加速度与合外力成正比：从盒子中取出一些沙验证在质量不变的情况下，加速度与合外力成正比：从盒子中取出一些沙子，装入沙桶中，称量并记录沙桶的总重力子，装入沙桶中，称量并记录沙桶的总重力mgmg，将该力视为合

16、外力，将该力视为合外力F F，对应，对应的加速度的加速度a a则从打下的纸带中计算得出多次改变合外力则从打下的纸带中计算得出多次改变合外力F F的大小，每次都会的大小，每次都会得到一个相应的加速度本次实验中，桶内的沙子取自小车中，故系统的总得到一个相应的加速度本次实验中，桶内的沙子取自小车中，故系统的总质量不变以合外力质量不变以合外力F F为横轴，以加速度为横轴，以加速度a a为纵轴，画出为纵轴，画出a aF F图象，图象是一图象，图象是一条过原点的直线条过原点的直线a aF F图象斜率的物理意义是图象斜率的物理意义是_你认为把沙桶的总重力你认为把沙桶的总重力mgmg当作合外力当作合外力F F是否合理？答：是否合理？答：_.(_.(填填“合合理理”或或“不合理不合理”) )本次实验中，是否应该满足本次实验中，是否应该满足MmMm这样的条件？答：这样的条件？答：_(_(填填“是是”或或“否否”) )；理由是理由是_(2)(2)验证在合外力不变的情况下，加速度与质量成反比：保持桶内沙子质量验证在合外力不变的情况下，加速度与质量成反比：保持桶内沙子质量mm不变，在盒子内添加或去掉一些沙子，验证加速度与质量的关系本次实验不变，在盒子内添加或去掉一些沙子，验证加速度与质量的关系本次实验中，桶内的沙子总质量不变，故系统所受的