实验四：验证牛顿第二定律.ppt

实验四：实验四：验证牛顿第二定律验证牛顿第二定律实验原理实验原理:实验目的实验目的: 验证牛顿第二定律验证牛顿第二定律。1如图所示装置，保持小车质量如图所示装置，保持小车质量M不变，改不变，改变小桶内砂的质量变小桶内砂的质量m，从而改变细线对小车的，从而改变细线对小车的牵引力牵引力F(当当mM时，时，F=mg近似成立近似成立)，测出，测出小车的对应加速度小车的对应加速度a,由多组由多组a、F数据作出加速数据作出加速度和力的关系度和力的关系a-F图线，验证加速度是否与外图线，验证加速度是否与外力成正比。力成正比。mM打点计时器打点计时器纸带纸带2保持小桶和砂的质量不变，在小车上加减保持小桶和砂的质量不变，在小车上加减砝码砝码, 改变小车的质量改变小车的质量M，测出小车的对应加速，测出小车的对应加速度度a, 由多组由多组a、M数据作出加速度和质量倒数的数据作出加速度和质量倒数的关系关系a-M-1图线图线, 验证加速度是否与质量成反比验证加速度是否与质量成反比。实验器材实验器材:小车，砝码，小桶，砂小车，砝码，小桶，砂, 细线，细线，附有定滑轮的长木板附有定滑轮的长木板,垫块，打点计时器，垫块，打点计时器，低压交流电源低压交流电源, 导线两根导线两根, 纸带纸带,托盘天平托盘天平及砝码，米尺。及砝码，米尺。实验步骤实验步骤:1用调整好的天平测出小车和小桶的质用调整好的天平测出小车和小桶的质量量M和和m ，把数据记录下来。，把数据记录下来。2按如图装置把实验器材安装好，只是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，即不不把挂小桶用的细线系在小车上，即不给小车加牵引力。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）。（可以从纸带上打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，把砝码和砂的质量M和和m记录下来。把细记录下来。把细线系在小车上并绕过滑轮悬挂小桶线系在小车上并绕过滑轮悬挂小桶,接通电源接通电源,放开小车放开小车,打点计时器在纸带上打下一系列点打点计时器在纸带上打下一系列点,取下纸带取下纸带,在纸带上写上编号在纸带上写上编号.5保持小车的质量不变，改变砂的质量（要用保持小车的质量不变，改变砂的质量（要用天平称量），按步骤天平称量），按步骤4再做再做5次实验。次实验。 6算出每条纸带对应的加速度的值。算出每条纸带对应的加速度的值。7用纵坐标表示加速度用纵坐标表示加速度a，横坐标表示作用力，横坐标表示作用力F，即砂和桶的总重力，即砂和桶的总重力(m+m)g，根据实验结，根据实验结果在坐标平面上描出相应的点，作图线。若图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。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，在小车上加放砝码，保持砂和小桶的质量不变，在小车上加放砝码，重复上面的实验，并做好记录，求出相应的加速度重复上面的实验，并做好记录，求出相应的加速度,用纵坐标表示加速度用纵坐标表示加速度a，横坐标表示小车和车内砝码，横坐标表示小车和车内砝码总质量的倒数总质量的倒数 ,在坐标平面上根据实验结果描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。的质量成反比。 MM 1注意事项注意事项:1砂和小桶的总质量不要超过小车和砝码的总砂和小桶的总质量不要超过小车和砝码的总质量的质量的1/10，为什么？，为什么？2在平衡摩擦力时，不要悬挂小桶，但小车应在平衡摩擦力时，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，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明小车受到的阻力跟它的重力沿斜面向下的分力平衡。力平衡。3作图时应该使所作的直线通过尽可能作图时应该使所作的直线通过尽可能多的点多的点,不在直线上的点也要尽可能对称不在直线上的点也要尽可能对称地分布在直线的两侧，但如遇个别特别地分布在直线的两侧，但如遇个别特别偏离的点可舍去。偏离的点可舍去。 例题讲解1(10分分)在探究加速度与物体质量、物体受力的关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下，木块在木板上向左做匀加速运动.图甲给出了打点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离分别为S1、S2、S3、S4、S5、S6，打点计时器所用交，打点计时器所用交流电周期为流电周期为T0. 根据给以上数据求：根据给以上数据求：打点计时器打点计时器木块木块纸带纸带重物重物电源插头电源插头乙乙单位单位:（cm）s1s2s3s4s5s6甲甲（1）木块的加速度）木块的加速度a= .（2）细线对木块的拉力）细线对木块的拉力T= .（3）为了减少误差）为了减少误差,你认为应采取什么措施你认为应采取什么措施?解解： （1）木块的加速度，）木块的加速度，203216549)(TSSSSSSa）（2）细线对木块的拉力）细线对木块的拉力203316549T)SSS()SSS(mmgmamgT （3）为了减少误差）为了减少误差, 应采取的措施：应采取的措施： 木块的质量应远大于重物的质量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在探究加速度与物体所受合外力和质量间的关系时系时,采用如图所示的实验装置，小车及车中的砝采用如图所示的实验装置，小车及车中的砝码质量用码质量用M表示，盘及盘中的砝码质量用表示，盘及盘中的砝码质量用m表示，表示，小车的加速度可由小车后拖动的纸带由打点计数器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：打上的点计算出：(1)当当M与与m的大小关系满足的大小关系满足时，才可以时，才可以认为绳子对小车的拉力大小等于盘和砝码的重力。认为绳子对小车的拉力大小等于盘和砝码的重力。 纸带纸带m打点计数器打点计数器MmM（2）一组同学在先保持盘及盘中的砝码质量一定）一组同学在先保持盘及盘中的砝码质量一定,探究做探究做加速度与质量的关系加速度与质量的关系,以下做法错误的是以下做法错误的是:( ) 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小车运动的加速度可用天平测出m以及小车质量以及小车质量M，直接用公式直接用公式 amg/M求出。求出。（3）在保持小车及车中的砝码质量质量）在保持小车及车中的砝码质量质量M一定，探究加一定，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，二位同学得到的当，二位同学得到的aF关系关系 分别如下图分别如下图C、D所示所示(a是小车是小车 的加速度的加速度.F是细线作用于小车是细线作用于小车 的拉力的拉力)。其原因分别是：。其原因分别是：C图：图： ，D图：图： 。0FaC0FaDACD平衡摩擦力时，长木板的倾角过大了平衡摩擦力时，长木板的倾角过大了没有平衡摩擦力或木板的倾角过小没有平衡摩擦力或木板的倾角过小3现要验证现要验证“当质量一定时，物体运动的加速度与当质量一定时，物体运动的加速度与它所受的合外力成正比它所受的合外力成正比”这一物理规律。给定的器材这一物理规律。给定的器材如下：一倾角可以调节的长斜面（如图）、小车、计如下：一倾角可以调节的长斜面（如图）、小车、计时器一个、米尺。时器一个、米尺。（1）填入适当的公式或文字，完善以下实验步骤）填入适当的公式或文字，完善以下实验步骤（不考虑摩擦力的影响）：（不考虑摩擦力的影响）： 让小车自斜面上方一固定点让小车自斜面上方一固定点A1从静止开始下滑至斜面底端从静止开始下滑至斜面底端A2，记下所用的时间记下所用的时间t 用米尺测量用米尺测量A1与与A2之间的距离之间的距离s，则小车的加速度，则小车的加速度a=_。 用米尺测量用米尺测量A1相对于相对于A2的高的高h。设小车所受重力为。设小车所受重力为mg，则小车所受的合外力，则小车所受的合外力F_。A1A22s/t2mgh/s 改变改变 ，重复上述测量。，重复上述测量。 以以h为横坐标，为横坐标， 1 / t2 为纵坐标，根据实验数据作图。为纵坐标，根据实验数据作图。如能得到一条过原点的直线，则可以验证如能得到一条过原点的直线，则可以验证“当质量一当质量一定时，物体运动的加速度与它所受的合外力成正比定时，物体运动的加速度与它所受的合外力成正比”这一规律。这一规律。（2）在探究如何消除上述实验中摩擦阻力影响的过）在探究如何消除上述实验中摩擦阻力影响的过程中，某同学设计的方案是：程中，某同学设计的方案是： 调节斜面倾角，使小车在斜面上匀速下滑。测量调节斜面倾角，使小车在斜面上匀速下滑。测量此时此时A1点相对于斜面底端点相对于斜面底端A2的高度的高度ho。 进行（进行（1）中的各项）中的各项测量测量。 计算与作图时用（计算与作图时用（hho）代替）代替h。斜面倾角（或填斜面倾角（或填h的数值）的数值）对此方案有以下几种评论意见：对此方案有以下几种评论意见：A. 方案正确可行方案正确可行B. 方案的理论依据正确，但利用所给的器材无法确方案的理论依据正确，但利用所给的器材无法确定小车在斜面上是否做匀速运动。定小车在斜面上是否做匀速运动。C. 方案的理论依据有问题，小车所受摩擦力与斜面方案的理论依据有问题，小车所受摩擦力与斜面倾角有关。倾角有关。其中合理的意见是其中合理的意见是_。C题目题目