8实验：验证牛顿第二定律

匚□《实验：探究加速度与力、质量的关系》复习．实验目的：1.学会用控制变量法探究物理规律；探究并验证加速度与力、质量的关系；掌握利用图象处理实验数据的方法。二．实验原理： 法1．探究加速度与力的关系：保持物体的质量不变，测量物体在不同的力的作用下的加速度，设计实验数据记录表格并记录，分析加速度与力的关系；2．探究加速度与质量的关系：保持物体所受的力相同，测量不同质量的物体在该力作用下的加速度，设计实验数据记录表格并记录，分析加速度与质量的关系。三．实验器材：打点计时器、纸带及复写纸片、低压交流电源、两根导线、小车、一端附有定滑轮的长木板、小桶和沙、细绳、天平（带有一套砝码）、刻度尺四．实验步骤：用天平测出小车的质量M和小桶的质量m,把数值记录下来；2．按实验装置图把实验器材安装好，只是不把悬挂小桶的细绳系在小车上（即不给小车加牵引力）；3.平衡摩擦力：在长木板不带滑轮的一端下面垫上一块薄木板,反复移动木板的位置,直至小车在长木板上运动时保持匀速直线运动,这时小车拖着纸带运动时受到的摩擦力恰好与小车所受的重力在斜面方向的分力平衡；把细绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂小桶,先接通电源再放开小车,取下纸带,在打点纸带上标上纸带号码；5•保持小车的质量不变，在小桶内放入一定质量m］的沙，重复步骤（4）；再不断改变小桶内放入的沙的质量m2、m3、m4 ，重复步骤（4）；在每条纸带上选取比较理想的一段，算出每条纸带的加速度a；用纵坐标表示加速度，横坐标表示力，根据实验结果在坐标平面上画出相应的点，若这些点在一条直线上，便证明了加速度与作用力成正比；保持沙和沙桶的总质量不变，在小车上依次加砝码（也需做好记录），重复上述步骤（4）和（6）,用纵坐标表示加速度，横坐标表示小车和砝码总质量的倒数，在坐标平面上画出相应的点，若这些点在一条直线上，便证明了加速度与质量成反比。五.实验数据处理：1.逐差法求加速度：如图所示，某同学在做“研究匀变速直线运动”实验中，由打点计时器得到表示小车运动过程的一条清晰纸带，纸带上两相邻计数点的时间间隔为T=0.10s,其中S=7.05cm,S=7.68cm，S=8.33cm,S=8.95cm,S=9.61cm，S<=10.26cm，则小车运123456动的加速度的大小 m/s2（计算结果保留两位有效数字）■••・••••■L广1S3r 卜S5T*s6xlI! A I

3．图象法：把求出的加速度大小和对应的力和质量填入表格中，根据表格中的数据，作出在质量一定时加速度和力的图象以及在力一定时加速度和质量的倒数的图象，从图中看出加速度和力成正比，加速度和质量成反比，利用图象法能有效地减小偶然误差，并排除实验中的错误数据。六．注意事项：1.实验中必须使沙和沙桶的总质量远小于小车和砝码的总质量；平衡摩擦力时不要挂沙桶，应连着纸带；平衡摩擦力后，当改变小车的质量时不需要重新平衡摩擦力；实验过程中一定是先接通电源后释放小车。七．典型例题：如图所示是某同学设计的“探究加速度a与物体所受合力F及质量m间关系”的实验.图(a)为实验装置简图，A为小车，B为打点计时器，C为装有砂的砂桶，D为一端带有定滑轮的长方形木板，实验中认为细绳对小车拉力F等于砂和砂桶总重力，小车运动加速度a可由纸带求得.次数12345678小车加速度a/m•s-21.901.721.491.251.000.750.500.30小车质量m/kg0.250.290.330.400.500.711.001.67丄(kgi)m4.003.503.002.502.001.401.000.60图(b)为某次实验得到的纸带(交流电的频率为50Hz))由图中数据求出小车加速度值为 m/s2；保持砂和砂桶质量不变，改变小车质量m，分别得到小车加速度a与质量m及对应的丄数据如表中所示，根据m表中数据，为直观反映F不变时a与m的关系，请在坐标纸中选择恰当物理量建立坐标系(填在方框内)并作出图象；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与合力F图象如图(d)，该图象不通过原点，明显超出偶然误差范围，其主要原因是—

8B——验：探究加速度与力、质量的关系》复习作业1.某同学用如图甲所示的实验装置测量木块和木板间的动摩擦因数。一木块放在水平长木板上，左侧拴有一细软线，跨过固定在木板边缘的滑轮与一重物相连，木块右侧通过纸带与打点计时器相连。在重物的牵引下，木块在木板上向左加速运动。图乙给出了重物落地前，打点计时器在纸带上打出的一些点(单位：cm)。扌为』!.4产刁卩"2扌为』!.4产刁卩"2阴"10.勢10./图乙已知打点计时器使用的交变电流的频率为50Hz，结合图乙给出的数据，求出木块运动加速度的大小为 m/s2,纸带中P点瞬时速度大小为 m/s(计算结果均保留3位有效数字)。设重物的质量为m,木块的质量为M,且线与纸带的质量均不计，除了木块与木板间有摩擦外，其它部分的摩擦不计，重力加速度用g表示，若测得的加速度为a,则木块和木板之间的动摩擦因数M的表达式为M= 。2•在探究加速度与力、质量的关系实验中，小车及车中硅码的质量用M表示，盘及盘中硅码的质量用m表示，小车的加速度可由小车后拖动的纸带由打点计时器打上的点计算出。当M与m的大小关系满足 时，才可以认为绳对小车的拉力大小等于盘中不去码的重力。一组同学在做加速度与质量的关系实验时，保持盘及盘中砝码的质量一定，改变小车及车中砝码的质量，测出相应的加速度，采用图象法处理数据。为了比较容易地检查出加速度a与质量M的关系，应该作a与 的图象。如下图(a),甲同学根据测量数据做出的a-F图线，说明实验存在的问题是：乙、丙同学用同一装置做实验，画出了各自得到的a-F图线如下图(b)所示，两个同学做实验时的哪一个物理量取值不同？

3.像打点计时器一样，光电计时器也是一种研究物体运动情况的常见计时仪器，其结构如图甲如示a、b分别是光电门的激光发射和接收装置。当有物体从a、b间通过时，光电计时器就可以显示物体的挡光时间。现利用图乙所示装置设计一个“探究物体运动的加速度与合外力、质量关系的实验，图中NQ是水平桌面、PQ是一端带有滑轮的长木板，1、2是固定在木板上的两个光电门(与之连接的两上光电计时器没有画出)．小车上固定着用于挡光的窄片K让小车从木板的顶端滑下，光电门各自连接的计时器显示窄片K的挡光时间分别为ti和t2.用游标卡尺测量窄片K的宽度d(已知L〉〉d),光电门1，2各自连接的计时器显示的TOC\o"1-5"\h\z挡光时间分别为t「t2.则窄片K通过光电门1的速度表达式vi= .用米尺测量两光电