“探究牛顿第二定律实验”.doc
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1、关于“验证牛顿第二定律实验”的三个问题 问题1. 在“验证牛顿第二定律”的实验中,小车包括砝码的质量为什么要远大于砂和砂桶的总质量。 分析:在做 关系实验时,用砂和砂桶重力代替了小车所受的拉力F,如图1所示:图而砂和砂桶的重力与小车所受的拉力F是并不相等这是产生实验系统误差的原因,为此,必须根据牛顿第二定律分析和F在产生加速度问题上存在的差别实验时可得到加速度与力的关系的图像,如图2所示,由图像经过原点知,小车所受的摩擦力已被平衡设小车实际加速度为,由牛顿第二定律可得:图 即若视 ,设这种情况下小车的加速度为 ,则 在本实验中,M保持不变,与成正比,而实际加速度与成非线性关系,且越大,图像斜率
2、越小。理想情况下,加速度与实际加速度差值为 上式可见,取不同值, 不同,越大,越大,当时, ,这就是要求该实验必须满足的原因所在由图还可以可以看出,随着的增大,加速度的实验值与理想值之间的差别越来越大.本实验是因原理不完善引起的误差,实验用砂和砂桶的总重力代替小车的拉力,而实际小车所受的拉力要小于砂和砂桶的总重力,这个砂和砂桶的总质量越接近小车和砝码的总质量,误差越大,反之砂和砂桶的总质量越小于小车和砝码的总质量,由此引起的误差就越小即此误差可因为 而减小,但不可能消去此误差问题2:在利用打点计时器和小车做“验证牛顿第二定律”的实验时,实验前为什么要平衡摩擦力?应当如何平衡摩擦力?分析:牛顿第
3、二定律表达式 中的F,是物体所受的合外力,在本实验中,如果不采用一定的办法平衡小车及纸带所受的摩擦力,小车所受的合外力就不只是细绳的拉力,而应是细绳的拉力和系统所受的摩擦力的合力因此,在研究加速度a和外力F的关系时,若不计摩擦力,误差较大,若计摩擦力,其大小的测量又很困难;在研究加速度a和质量m的关系时,由于随着小车上的砝码增加,小车与木板间的摩擦力会增大,小车所受的合外力就会变化(此时长板是水平放置的),不满足合外力恒定的实验条件,因此实验前必须平衡摩擦力图3应如何平衡摩擦力?怎样检查平衡的效果?有人是这样操作的;把如图3所示装置中的长木板的右端垫高一些,使之形成一个斜面,然后把实验用小车放
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