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牛顿第二定律实验的误差分析和改进方案摘要：牛顿第二定律实验是高中物理的力学实验之一，随着科技的进步，对牛顿第二定律实验的做法较多，传统实验由于器材条件及实验本身等方面的原因，做好该实验并不容易。本文就传统牛顿第二定律的实验进行误差分析和讨论，同时列出了几种改进方案，并对各实验设计的特点、误差等方面作了一些分析、比较和讨论。

关键词：误差分析质量加速度力改进

一、实验的误差来源

2.系统中的摩擦力引起的误差

小车拖着纸带运动受到的摩擦力实际有两部分：（1）木板对小车的摩擦；（2）限位孔对小车的摩擦。

当摩擦力平衡时有Mgsinθ=μMgcosθ+F（F指限位孔对小车的摩擦），当研究加速度与力的关系时，物块的质量不变，Mgsinθ=μMgcosθ+F关系式始终成立，当研究加速度与质量的关系时，M发生变化，F保持不变，Mgsinθ=μMgcosθ+F不再成立。

二、实验改进

1.改进方案一

（1）在传统的试验中，木板对滑块有摩擦力，在平衡摩擦力时，由于物体是否做匀速直线运动不易判断，误差较大。可换用气垫导轨，从小孔出来的气体比较均匀，滑块受力均衡，在调平衡时只要滑块在导轨上的任意位置处于静止状态即可，避免了传统实验平衡摩擦力带来的误差。

（2）由前面我们知道，传统实验处理时是把绳子拉力约等于悬挂物的重力来处理，而实际上绳子的拉力要小于悬挂物的重力，我们前面已经证明过。这是引起实验误差的一个重要原因，特别是当小车的质量不是远大于悬挂物的质量时，误差更加明显；而且，对学生以后的连接体问题的学习会造成很大影响，因为学生从这个实验中看到，用悬挂物的重力代替绳子拉力，以后他们碰到这样的连接体问题时，总会认为绳子的拉力就等于所挂物的重力。因此，要克服以上缺点，最好是直接把绳子对小车的拉力测出来。

要测力，可以把力传感器和滑块相连，这样传感器的读数就等于小车受到的拉力，如图4，即Ｆ=Ma。

2.改进方案二

我们可采用气垫导轨的倾斜下滑法来验证牛顿第二定律。如图5所示，将调平后的导轨一端底脚螺丝下垫上一块厚度为h的垫块，此时导轨与水平地面的夹角为θ，滑块在倾斜的导轨上受到一个外力F=Mgsinθ。由几何关系sinθ=，L为导轨两端底脚螺丝的距离。在这个外力的作用下，滑块将获得一个沿斜面向下的加速度a。根据牛顿第二定律，其动力学方程为mg=ma。光电门安装在导轨的一侧，和电脑计数计时仪相连。电脑计数计时仪可以测出滑块上宽为d的挡光片通过光电门所需的时间，其中的计算电路可计算出滑块通过光电门时的速度和滑块在导轨上运动的加速度，时间、速度、加速度都可由显示屏读出。

总之，本改进实验解决了学生的困扰，认识到了传统实验的弊端，在他们学习连接体问题时有很大帮助。虽然该改进实验还是存在很大误差，但总体来说还是有它积极的意义。

参考文献

[1]束炳如何润伟普通高中课程标准实验教科书物理（必修1）.上海科技教育出版社，2007年3月，第二版。

[2]薛金星中学教材全解（配套上海

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