验证牛顿第二定律

高中物理实验

验证牛顿第二定律

实验练习题

1、在验证牛顿第二定律实验中，（1）甲同学根据实验数据画出的小车的加速度a和小车所受拉力F的图像为右图所示中的直线Ⅰ，乙同学画出的图像为图中的直线.直线Ⅰ、Ⅱ在纵轴或横轴上的截距较大.明显超出了误差范围，下面给出了关于形成这种情况原因的四种解释，其中可能正确的是( ).

（A）实验前甲同学没有平衡摩擦力

(B)甲同学在平衡摩擦力时，把长木板的末端抬得过高

(C)实验前乙同学没有平衡摩擦力

(D)乙同学在平衡摩擦力时，把长木板的末端抬得过高了

(2) 在研究小车的加速度a和小车的质量M的关系时，由于始终没有满足M》m(m为砂桶及砂桶中砂的质量)的条件，结果得到的图像应是如下图中的图( ).

(3) 在研究小车的加速度a和拉力F的关系时，由于始终没有满足M》m的关系，结果应是下图中的图( ).

2、．（1）如下图所示，某同学在“验证牛顿第二定律”的实验中，他想用钩码的重力表示小车受到的合外力，为了减小这种做法带来的实验误差，你认为在实验中应该采取的两项措施是：① ______________；② _______________。

（2）利用上述实验中得到的一条纸带，来探究动能定理，除根据纸带测出位移，求出速度外，还需测量的物理量有_________。

3、在牛顿第二定律公式F=kma中，比例系数k的数值( ).

(A)在任何情况下都等于1

(B)是由质量m、加速度a利力F三者的大小所决定的

(C)是由质量m、加速度a和力F三者的单位所决定的

(D)在国际单位制中一定等于1

4、力F1单独作用在物体A上时产生的加速度为a1=5m／s2,力F2单独作用在物体A上时产生的加速度为a2=-1m／s2.那么，力F1和F2同时作用在物体A上时产生的加速度a的范围是( ).

(A)0≤a≤6m／s2B)4m／s2≤a≤5m／s2

(C)4m／s2≤a≤6m／s2(D)0≤a≤4m／s2

5、物体P置于水平面上，用轻细线跨过质量不计的光滑定滑轮连接一个重力G=10N的重物，物体P向右运动的加速度为a1；若细线下端不挂重物，而用F=10N 的力竖直向下拉细线下端，这时物体P的加速度为a2，则( ).

(A)a1>a2(B)a1=a2

(C)a1

6、在做“验证牛顿第二定律”的实验时(装置如图所示):

(1)下列说法中正确的是( ).

(A)平衡运动系统的摩擦力时，应把装砂的小桶通过

定滑轮拴在小车上

(B)连接砂桶和小车的轻绳应和长木板保持平行

(C)平衡摩擦力后，长木板的位置不能移动

(D)小车应靠近打点计时器，且应先接通电源再释放小车

(2)研究在作用力F一定时，小车的加速度a与小车质量M的关系，某位同学设计的实验步骤如下:

(A)用天平称出小车和小桶及内部所装砂子的质量.

(B)按图装好实验器材.

(C)把轻绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂砂桶.

(D )将打点计时器接在6V 电压的蓄电池上，接通电源，放开小车，打点计时器

在纸带上打下一系列点，并在纸带上标明小车质量..

(E )保持小桶及其中砂子的质量不变，增加小车上的砝码个数，并记录每次增加

后的M 值，重复上述实验.

(F )分析每条纸带，测量并计算出加速度的值.

(G )作a -M 关系图像，并由图像确定a 、M 关系.

①该同学漏掉的重要实验步骤是______，该步骤应排在______步实验之后.

②在上述步骤中，有错误的是______，应把______改为______.③在上述步骤中，

处理不恰当的是______，应把______改为______.

7、如图所示，在固定的光滑水平地面上有质量分别为m A 和m B 的木块A 、B .A 、

B 之间用轻质弹簧相连接，用水平向右的外力F 推A ，弹簧稳定后，A 、B 一起

向右作匀加速直线运动，加速度为a 以向右为正方向.在弹簧稳定后的某时刻，

突然将外力F 撤去，撤去外力的瞬间，木块A 的加速度是a A =______，小块B

的加速度是a B =______.

8、在粗糙的水平面上，物体在水平推力作用下由静止开始作匀加速直线运动，

作用一段时间后，将水平推力逐渐减小到零，则在水平推力逐渐减小到零的过程

中( ). (A )物体速度逐渐减小，加速度逐渐减小

(B )物体速度逐渐增大，加速度逐渐减小

(C )物体速度先增大后减小，加速度先增大后减小

(D )物体速度先增大后减小，加速度先减小后增大

9、.如图所示，均匀板可绕中点O 转动，两人站在板上时，板恰能水平静止，

AO =2BO .若两人在板上同时开始作初速为零的匀加速运动，板仍保持静止，关

于人1和人2的运动方向，加速度的大小，下列判断中

正确的是( ).

(A )相向运动，a 1:a 2=1:4 (B )相背运

动,a 1:a 2=2:1

(C )相向运动，a 1:a 2=2:1 (D )相背运动，a 1:a 2=4:1

10、如图所示，质量不等的木块A 和B 的质量分别为m 1和m 2，置于光滑的水

平面上.当水平力F 作用于左端A 上，两物体一起作匀加速运动时，A 、B 间作

用力大小为F 1.当水平力F 作用于右端B 上，两物体一起作匀加速运动时，A 、

B 间作用力大小为F 2，则( ).

(A )在两次作用过程中，物体的加速度的大小相等

(B )在两次作用过程中，F 1+F 2

(C )在两次作用过程中，F 1+F 2=F

(D )在两次作用过程中，

2121m m F F

11、“探究加速度与物体质量、物体受力的关系”的实验装置如图甲所示。

（1）在平衡小车与桌面之间摩擦力的过程中，打出了一条纸袋如图乙所示。计

时器打点的时间间隔为0.02s.从比较清晰的点起，每5个点取一个计数点，量

出相邻计数点之间的距离。该小车的加速度a=______m/s 2

.（结果保留两位有效

数字） （2）平衡摩擦力后，将5个相同的砝码都放在小车上.挂上砝码盘，然后每次从

小车上取一个砝码添加到砝码盘中，测量小车的加速度。小车的加速度a 与砝码

盘中砝码总重力F 的实验数据如下表：

请根据实验数据作出a-F 的关系图像.

（3）根据提供的试验数据作出的a -F 图线不通过原点，请说明主要原因。

12、现要验证“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”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、

计时器一个、米尺。

⑴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）：

①让小车自斜面上方一固定点A1从静止开始下滑到斜面底端A2，记下所用的时间t。

②用米尺测量A1与A2之间的距离s，则小车的加速度a＝。

③用米尺测量A1相对于A2的高度h。设小车所受重力为mg，则小车所受的合外力F＝。

④改变，重复上述测量。

⑤以h为横坐标，1/t2为纵坐标，根据实验数据作图。如能得到一条过原点的直线，则可验证“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”这一规律。

⑵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：

①调节斜面倾角，使小车在斜面上匀速下滑。测量此时A1点相对于斜面底端A2的高度h0。

②进行⑴中的各项测量。

③计算与作图时用（h－h0）代替h。

对此方案有以下几种评论意见：

A．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倾角有关。

其中合理的意见是。

13、某同学设计了一个探究小车的加速度a与小车所受拉力F及质量m关系的实验，图（a）为实验装置简图．（所用交变电流的频率为50Hz）

（1）图（b ）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4个点未画出，根据纸带可求出小车的加速度大小为 m/s 2．（保留三

位有效数字）

（2）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1

，数据如下表：

请在方格坐标纸中画出m a 1

-图线，

并从图线求出小车加速度a 与质量倒数m 1

之间的关系式是 ．

（3）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

作出了加速度a 随拉力F 的变化图线如图所示。该图

线不通过原点，其主要原因

是______________________________________ ．

14、在探究牛顿第二定律实验中，得到以下数据：物体质量

不变时，加速度a 与物体所受合力F 的对应数据如表1；物体所受合力不变时，

加速度a 和物体质量的倒数1/M 的对应数据如表2。

表1 表2

（1）分别画出a ~F 图象和a ~1/M 图象。

（2）由 a ~F 图象得到的结论

是 ；

由a ~1/M 图象得到的结论是

15、（１）将打点计时器固定在斜面上某处，一小车拖着穿过打点计时器的纸带

从斜面上滑下，如图所示是打出的纸带的一段．当电源频率为50 Hz 时，每隔

0.1 s 取一个计数点，它们是图中a 、b 、c 、d 、e 、f 等点，这段时间内加速度的

平均值是____________(取两位有效数字)．若电源频率高于50Hz ，但计算仍按

50Hz 计算，其加速度数值将____________ (填“偏大”、……偏小??或“相同”)．

（２）为了求出小车在下滑过程中所受的阻力，除需要测出小车的质量m

外，还需要测量的物理量是_____________________________________________，

用测得的量及加速度a 表示的阻力的计算式为f =__________________________．

16、某探究性学习小组欲探究光滑斜面上物体下有的加速度与物体质量及斜面

倾角是否有关。实验室提供如下器材：

（A ）表面光滑的长木板（长度为L ），

（B ）小车，

（C ）质量为m 的钩码若干个，

（D ）方木块（备用于垫木板），

（E ）米尺，

（F ）秒表。

（1）实验过程：

第一步，在保持斜面倾角不变时，探究加速度与质量的关系。

实验中，通过向小车放入钩码来改变物体质量，只要测出小车由斜面顶端滑

至底端所用时间t ，就可以由公式a ＝__________求出a 。某同学记录了数据如

右表所示：

根据以上信息，我们发现，在实验误差范围内质量改变之后平均下滑时间

__________（填“改变”或“不改变”），经过分析得出加速度与质量的关系为

__________。

第二步，在物体质量不变时，探究加速度与倾角的关系。实验中通过改变方

木块垫放位置来调整长木板的倾角，由于没有量角器，因此通过测量出木板顶端

到水平面高度h ，求出倾角α的正弦值sin α

＝h /L 。某同学记录了高度和加

速度的对应值，并在坐标纸上建立适

图如下，

请根据他所作的图线求出当地的重力加速度g ＝__________m/s 2。进一步分

析可知，光滑斜面上物体下滑的加速度与倾角的关系为__________。

（2）该实验小组所采用的探究方法是__________。

17、⑴某同学在做“探究小车速度随时间变化规律”的实验时，打点计时

器所用电源的频率是50Hz ，在实验中得到一条点迹清晰的纸带，他把某一点记

作Ｏ，再选依次相邻的6个点作为测量点，分别标以A 、B 、C 、D 、E 和F ，如下

图所示．

①如果测得C 、D 两点相距2.70cm ，D 、E 两点相距2.90cm ，

则在打D 点时小车的速度是 a

10-2 s)

②该同学分别算出打各点时小车的速度，然后根据数据在v－t坐标系中秒

点(如图所示)，由此可求得小车的加速度a＝ m／s2．

(2)①通过对加速度的分析，我们知道，影响物体加速度的因素是它受到的

力及它的质量．为了探究加速度与力、质量的定量关系，简要说明设计实验时如

何应用控制变量法:

②为了研究加速度与力的关系，某同学进行了以下实验：

把两辆相同的小车并排放在光滑水平长木板上，用不同的水平拉力F1、F2

牵引两辆小车，让它们同时由静止开始做匀加速直线运动，一段时间后通过拴在

两小车后的细线使小车同时停止运动，测量出小车的运动位移S1、S2.

该同学认为这样就可以找出加速度与力的关系．

你认为该同学的想法是否正确?请说明理由．

_________ _________ _

18、为了探究受到空气阻力时，物体运动速度随时间的变化规律，某同学采用

了“加速度与物体质量、物体受力关系”的实验装置（如图所示）。实验时，平

衡小车与木板之间的摩擦力后，在小车上安装一薄板，以增大空气对小车运动的

阻力。

（1）往砝码盘中加入一小砝码，在释放小车▲（选填“之前”或“之

后”）接通打点计时器的电源，在纸带上打出一系列的点。

（2）从纸带上选取若干计数点进行测量，得出各计数点的时间t与速度v的数

据如下表：

请根据实验数据作出小车的v-t图像。

（3）通过对实验结果的分析，该同学认为：随着运动速度的增加，小车所受的空气阻力将变大，你是否同意他的观点？请根据v-t图象简要阐述理由。

19、(1)某同学通过以下步骤测出了从一定高度落下的排球对地面的冲击

力：将一张白纸铺在水平地面上，把排球在水里弄湿，然后让排球从规定

的高度自由落下，并在白纸上留下球的水印。再将印有水印的白纸铺在台秤上，将球放在纸上的水印中心，缓慢地向下压球，使排球与纸接触部分逐渐发生形变直至刚好遮住水印，记下此时台秤的示数即为冲击力的最大值。下列物理学习或研究中用到的方法与该同学的方法相同的是( )

A．建立“合力与分力”的概念 B．建立“点电荷”的概念

C．建立“瞬时速度”的概念 D．研究加速度与合力、质量的关系

(2)在“探究”加速度与力、质量的关系的实验中，采用如图A所示的实验装置，

小车及车中砝码的质量用M表示，盘及盘中砝码的质量用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出的点计算出．

①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和盘中砝码的重力．

②一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，应该做a与_______的图象．

③如图B所示为甲同学根据测量数据作出的a—F图象，说明实验存在的问题是．

④乙、丙同学用同一装置做实验，画出了各自得到的a-F图象如图C所示，两个同学做实验时的哪一个物理量取值不同__________ ．

20、在验证牛顿第二定律的实验中，用改变砂的质量的办法来改变对小车的作用力F，用打点计时器测出小车的加速度a，得出若干组F和a的数据。然后根

据测得的数据作出如图所示的a-F图线，发现图线既不过原

点，又不是直线，原因是

A．没有平衡摩擦力，且小车质量较大

B．平衡摩擦力时，所垫木板太高，且砂和小桶的质量

较大

C．平衡摩擦力时，所垫木板太低，且砂和小桶的质量较大

D．平衡摩擦力时，所垫木板太高，且小车质量较大

21、在做验证牛顿第二定律的实验时，某学生将实验装置按如图安装，而后就接通源开始做实验，他有三个明显的错误：（1）____________；（2）____________；（3）____________。

答案：

1、（1）BC(2)D(3)D

2、（1）①平衡摩擦力②钩码的质量远小于小车的质量（2）钩码的质量和小车的质量

3、CD

4、C

5、C

6、（1）BCD

（2）○

1平衡摩擦力，B ○2D ，蓄电池，学生电源G ，a -M ,

7、A B m a

m ，a

8、D

9、BC

10、ACD

11、 (1) 0.16 (0.15也算对) ；（2）（见图）；（3）未计入砝码盘的重力。

12、⑴②

22s t ③h

m g s

④斜面倾角（或填h 的数值）

⑵C

13、(1)0.510 (2)略 (3)没有平衡摩擦力

14、（1）如图所示

（2）物体的加速度与物体所受的合力成正比

物体的加速度与物体的质量成反比

15、(1)0.8m/s 2 (0.8~0.82范围均正确) 偏小

(2) 斜面的高h 与斜面的长L （或斜面的倾角θ）h m g

m a L - 16、（1）a ＝2L t 2

，不改变，9.81，a ＝g sin α，（2）控制变量法 17、⑴ 1.40（2分） 5.00（2分）

（2）①保持小车受力不变，改变小车质量（1分） 研究小车加速度与小车质量的关系(1分) 保持小车质量不变，改变小车所受的力（1分） 研究

小车加速度与小车受力的关系(1分)．②这个实验方案是可行的（1分）根据匀变速直线运动的位移公式，s=1/2at2，运动时间相同，物体运动的位移与物体运动的加速度成正比（1分）可以把研究a与F的关系，转化为研究s与F 的关系 (1分)

18、

19、（1）A（2）

20、C

21、（1）没有平衡摩擦力；（2）不应挂钩码，应挂装有砂子的小桶；（3）细线太长悬挂物离地面太近。

利用气垫导轨验证牛顿第二定律

利用气垫导轨验证牛顿第二定律 ----医学院43210309 林敏 【摘要】：气垫导轨是为研究无摩擦现象而设计的力学实验设备，在导轨表面分布着许多小孔，压缩空气从这些小孔中喷出，在导轨和滑块之间形成了月0.1mm 厚的空气层，即气垫，由于气垫的形成，滑块被托起，使滑块在气垫上作近似无摩擦的运动。利用气垫导轨，再配以光电计时系统和其他辅助部件，可以对做直线运动的物体（即滑块）进行许多研究，如测定速度、加速度、验证牛顿第二定律，研究物体间的碰撞，研究简谐运动的规律等。 【Abstract】:Using the mattress guide, photoelectric timing system and other auxiliary parts. According to the object to do straight-line movement (i.e. the slider), we can do a lot of researches, such as measuring the velocity, acceleration and proving Newton's second law. In addition, it also can research object collisions, study the law of simple harmonic oscillator and so on. 【关键词】气垫导轨、通用计数器、测速的试验方法、牛顿第二定律、控制变量法、导轨调平 实验回顾 【实验目的】 1．熟悉气垫导轨和MUJ-613电脑式数字毫秒计的使用方法。 2．学会测量滑块速度和加速度的方法。 3．研究力、质量和加速度之间的关系，通过测滑块加速度验证牛顿第二定律。

实验：验证牛顿第二定律习题及详解

实验：验证牛顿第二定律 1．“验证牛顿运动定律”的实验中，以下说法正确的是( ) A．平衡摩擦力时，小盘应用细线通过定滑轮系在小车上 B．实验中应始终保持小车和砝码的质量远远大于小盘和砝码的质量 C．实验中如果用纵坐标表示加速度，用横坐标表示小车和车内砝码的总质量，描出相应的点在一条直线上时，即可证明加速度与质量成反比 D．平衡摩擦力时，小车后面的纸带必须连好，因为运动过程中纸带也要受到阻力 解析：平衡摩擦力时，细线不能系在小车上，纸带必须连好，故A错D对；小车和砝码的总质量应远大于小盘和砝码的总质量，故B对；若横坐标表示小车和车内砝码的总质量，则a－M图象是双曲线，不是直线，故C错．答案： BD 2．(2011年三明模拟)用如图甲所示的装置做“验证牛顿第二定律”实验，甲同学根据实验数据画出的小车的加速度a和小车所受拉力F的图象为图中的直线Ⅰ，乙同学画出的a－F图象为下图中的直线Ⅱ.直线Ⅰ、Ⅱ在纵轴或横轴上的截距较大，明显超出了误差范围，下面给出了关于形成这种情况原因的四种解释，其中可能正确的是( ) A．实验前甲同学没有平衡摩擦力 B．甲同学在平衡摩擦力时，把长木板的末端抬得过高了 C．实验前乙同学没有平衡摩擦力 D．乙同学在平衡摩擦力时，把长木板的末端抬得过高了 解析：由直线Ⅰ可知，甲同学在未对小车施加拉力F时小车就有了加速度，说明在平衡摩擦力时，把木板的末端抬得过高了，B正确，A错误；由直线Ⅱ可知，乙同学在对小车施加了一定的拉力时，小车的加速度仍等于零，故实验前乙同学

没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足，C正确，D错误． 答案：BC 3．在“探究加速度与物体质量、物体受力的关系”实验中，某小组设计了如图所示的实验装置．图中上下两层水平轨道表面光滑，两小车前端系上细线，细线跨过定滑轮并挂上砝码盘，两小车尾部细线连到控制装置上，实验时通过控制装置使两小车同时开始运动，然后同时停止． (1)在安装实验装置时，应调整滑轮的高度，使__________．在实验时，为减小系统误差，应使砝码盘和砝码的总质量________(选填“远大于”、“远小于”或“等于”)小车的质量． (2)本实验通过比较两小车的位移来比较小车加速度的大小，能这样比较，是因为________． 解析：(1)在安装实验装置时，应调整滑轮的高度，使细线与水平轨道平行，在实验时，为使砝码和盘的总重力近似等于细线的拉力，作为小车所受的合外力，必须满足砝码和盘的总质量远小于小车的质量． (2)因为两小车同时开始运动，同时停止，运动时间相同，由s＝1 2 at2可知，a 与s成正比． 答案：(1)小车与滑轮之间的细线与轨道平行远小于 (2)两车从静止开始匀加速直线运动，且两车运动的时间相同，其加速度与位移成正比 4．如图为“用DIS(位移传感器、数据采集器、计算机)研究加速度和力的关系”的实验装置．

验证牛顿第二定律

实验4：验证牛顿第二定律 一、实验目的 1．学会用控制变量法研究物理规律。 2．探究加速度与力、质量的关系。 3．掌握灵活运用图象处理问题的方法。 二、实验原理 控制变量法：在所研究的问题中，有两个以上的参量在发生牵连变化时，可以控制某个或某些量不变，只研究其中两个量之间的变化关系的方法，这也是物理学中研究问题时经常采用的方法。 本实验中，研究的参量为F、M和a，可以控制参量M 一定，研究a与F的关系，也可控制参量F一定，研究a 与M的关系。 三、实验器材 电磁打点计时器、复写纸片和纸带、一端有定滑轮的长木板、小车、小盘、低压交流电源、天平、砝码、刻度尺、导线。 四、实验步骤 1．用天平测量小盘的质量m和小车的质量M。 2．把一端附有滑轮的长木板放在实验桌上，并使滑 轮伸出桌面，把打点计时器固定在长木板上远离滑轮的 一端，连接好电路。 3．平衡摩擦力：小车的尾部挂上纸带，纸带穿过打 点计时器的限位孔，将木板无滑轮的一端稍微垫高一些，使小车在不挂小盘和砝码的情况下，能沿木板做匀速直线运动。这样小车所受重力沿木板的分力与小车所受摩擦力平衡。在保证小盘和砝码的质量远小于小车质量的条件下，可以近似认为小盘和砝码的总重力大小等于小车所受的合外力的大小。 4．把小车停在打点计时器处，挂上小盘和砝码，先接通电源，再让小车拖着纸带在木板上匀加速下滑，打出一条纸带。 5．改变小盘内砝码的个数，重复步骤4，并多做几次。 6．保持小盘内的砝码个数不变，在小车上放上砝码改变小车的质量，让小车在木板上滑动打出纸带。 7．改变小车上砝码的个数，重复步骤6。 五、实验数据的处理方法——图象法、化曲为直的方法 1．探究加速度与力的关系 以加速度a为纵坐标，以F为横坐标，根据测量的数据描点，然后作出图象，看图象是否是通过原点的直线，就能判断a与F是否成正比。 2．探究加速度与质量的关系 以a为纵坐标、M为横坐标，根据各组数据在坐标系中描点，将会得到如图甲所示的一条曲线。由图线只能看出M增大时a减小，但a与M具体是什么 关系，不能得出。若以a为纵坐标、1 M 为横坐标，将会得到如图乙所示的一条

大学物理实验报告范例(验证牛顿第二定律)

大学物理实验报告范例(验证牛顿第二定律)

怀化学院

1 、 速度测量 挡光片宽度Δs 已知，用计时测速仪测出挡光片通过光电门时的挡光时间Δt,即可测出平均速度，因Δs 很小，该平均速度近似为挡光片通过光电门时的瞬时速度，即： 瞬时速度：t s dt ds t s v t ??≈=??=→?lim MUJ-5B 计时仪能直接计算并显示速度。 2、 加速度测量

（1）验证质量不变时，加速度与合外力成正比。 用电子天平称出滑块质量滑块m ，测速仪功能选“加速度”， 按上图所示放置滑块，并在滑块上加4个砝码(每个砝码及砝码盘质量均为5g)，将滑块移至远离滑轮一端，使其从静止开始作匀加速运动，记录通过两个光电门之间的加速度。再将滑块上的4个砝码分四次从滑块上移至砝码盘上，重复上述步骤。 （2）验证合外力不变时，加速度与质量成反比。 计时计数测速仪功能设定在“加速度”档。在砝码盘上放一个砝码（即 g m 102=），测量滑块由静止作匀加速运动时的加速度。再将四个配重块(每个配重 块的质量均为m ′=50g)逐次加在滑块上，分别测量出对应的加速度。 【数据处理】 (数据不必在报告里再抄写一遍，要有主要的处理过程和计算公式，要求用作图法处理的应附坐标纸作图或计算机打印的作图) 1、由数据记录表3，可得到a 与F 的关系如下： 由上图可以看出，a 与F 成线性关系，且直线近似过原点。 上图中直线斜率的倒数表示质量，M=1/0.0058=172克，与实际值M=165克的相对误差： %2.4165 165 172=- 可以认为，质量不变时，在误差范围内加速度与合外力成正比。 2、由数据记录表4，可得a 与M 的关系如下：

《验证牛顿第二定律》实验

《验证牛顿第二定律》实验 【重点知识提示】 1．实验目的、原理 实验目的验证牛顿第二定律，即物体的质量一定时，加速度与作用力成正比；作用力一定时，加速度与 质量成反比．实验原理：利用砂及砂桶通过细线牵引小车做加速运动的方法，采用控制变量法研究上述两组 关系．如图4—6所示，通过适当的调节，使小车所受的阻力忽略，当M 和m 做加速运动时，可以得到 g m M m a += m M M mg T +?= 当M>>m 时，可近似认为小车所受的拉力T 等于mg ． 2．平衡摩擦力．．．．． ：在长木板的不带滑轮的 一端下面垫上一块薄木板，反复移动其位置， 直至后面的纸带连好并不挂砂桶的小车刚好在斜面上保持匀速 运动为止． 3．注意事项 该实验原理中T=m M M mg +?，可见要在每次实验中均要求．．．．．．．．．．．．M>>m ．．．．，．只有这样，才能使牵引小车的牵引力近似等于砂及砂桶的重力． 在平衡摩擦力时，垫起的物体的位置要适当，长木板形成的倾角既不能太大也不能太小，同时每次改变M 时，不再重复平衡摩擦力． 【例1】 在《验证牛顿第二定律》的实验中，在研究作用力一定时加速度与质量成反比的结论时，下列说法中错误的是 ( ) A ．平衡摩擦力时，应将装砂的小桶用细绳通过定滑轮系在小车上 B ．每次改变小车质量时，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 D ．小车运动的加速度，可从天平测出装砂小桶和砂的质量m 及小车质量M ，直接用公式a=M mg 求出(m<

16 验证牛顿第二定律

验证牛顿第二定律 命题人：孙运平 编号:21 姓名 完成时间 【考点知识解读】 一、实验原理 1．如图3-3-1所示装置，保持小车质量M 不变，改变小桶内砂的质量m ，从而改变细线对小车的牵引力F (当m<

大学物理实验教案5-牛顿第二定律的验证

大学物理实验教案

实验名称：牛顿第二定律的验证 实验目的： 1．熟悉气垫导轨的构造，掌握正确的使用方法。 2．熟悉光电计时系统的工作原理，学会用光电计时系统测量短暂时间的方法。 3．学会测量物体的速度和加速度。 4．学习在气垫导轨上验证牛顿第二定律。 实验仪器： 气垫导轨（L-QG-T-1500/5.8） 滑块 电脑通用计数器（MUJ-ⅡB ） 电子天平 游标卡尺 气源 砝码 实验原理： 力学实验最困难的问题就是摩擦力对测量的影响。气垫导轨就是为消除摩擦而设计的力学实验的装置，它使物体在气垫上运动，避免物体与导轨表面的直接接触，从而消除运动物体与导轨表面的摩擦，让物体只受到几乎可以忽略的摩擦阻力。利用气垫导轨可以进行许多力学实验，如测定速度、加速度、验证牛顿第二定律、动量守恒定律、研究简谐振动等。 根据牛顿第二定律，对于一定质量m 的物体，其所受的合外力F 和物体所获得的加速度a 之间存在如下关系： ma F = （1） 此实验就是测量在不同的F 作用下，运动系统的加速度a ，检验二者之间是否符合上述关系。 在调平导轨的基础上，测出阻尼系数b 后，如下图所示，将细线的一端结在滑块上，另一端绕过滑轮挂上砝码0m 。此时运动系统（将滑块、滑轮和砝码作为运动系统）所受到的合外力为： c a g m v b g m F )(00-?--= （2） 式中平均速度v （单位用s m /）与粘性阻尼常量b 之积为滑块与导轨间的粘性阻力， c a g m )(0-为滑轮的摩擦阻力，暂时不考虑这项。 在此方法中运动系统的质量m ，应是滑块质量1m ，全部砝码质量（包括砝码托）∑m 以

关于验证牛顿第二定律实验的典型例题

关于验证牛顿第二定律实验的典型例题 2013.11 典型例题1——在“验证牛顿第二定律”实验中，研究加速度与力的关系时得到如图所示的图像，试分析其原因． 分析：在做关系实验时，用砂和砂桶重力mg代替了小车所受的拉力F，如图所示： 事实上，砂和砂桶的重力mg与小车所受的拉力F是不相等的．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mg和F在产生加速度问题上存在的差别．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a，由牛顿第二定律可得： 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mg（F）成正比，而实际加速度a与mg成非线性关系，且m越大，图像斜率越小。理想情况下，加速度a与实际加速度a差值为 上式可见，m取不同值，不同，m越大，越大，当时，，，这就是 要求该实验必须满足的原因所在． 本题误差是由于砂及砂桶质量较大，不能很好满足造成的． 点评：本实验的误差来源：因原理不完善引起的误差，本实验用砂和砂桶的总重力mg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．因此满足砂和砂桶的总质量m远小于小车和砝码的总质量M的目的就是为了减小因实验原理不完善而引起的误差．此误差可因 为而减小，但不可能消去此误差． 典型例题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． 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在长木板上，轻推小车，给小车一个沿斜面向下的初速度，观察小车的运动情况，看其是否做匀速直线运动．如果基本可看作匀速直线运动，就认为平衡效果较好．这样操作有两个问题，一是在实验开始以后，阻碍小车运动的阻力不只是小车受到的摩擦力，还有打点计时器限位孔对纸带的摩擦力及打点时振针对纸带的阻力．在上面的做法中没有考虑后两个阻力，二是检验平衡效果的方法不当，靠眼睛的直接观察判断小车是否做匀速直线运动是很不可靠的．正确的做法是。将长木板的末端（如图中的右端）垫高一些，把小车放在斜面上，轻推小车，给小车一个沿斜面向下的初速度，观察小车的运动，当用眼睛直接观察可认为小车做加速度很小的直线运动以后，保持长木板和水平桌面的夹角不动，并装上打点计时器及纸带，在小车后拖纸带，打点计时器开始打点的情况下，给小车一个沿斜面向下的初速度，使小车沿斜面向下运动．取下纸带后，如果在纸带上打出的点子的间隔基本上均匀，就表明小车受到的阻力跟它的重力沿斜面的分力平衡． 点评：（1）打点计时器工作时，振针对纸带的阻力是周期性变化的，所以，难以做到重力沿斜面方向的分力与阻力始终完全平衡，小车的运动也不是严格的匀速直线运动，纸带上的点子间隔也不可能完全均匀，所以上面提到要求基本均匀． （2）在实验前对摩擦力进行了平衡以后，实验中需在小车上增加或减少砝码，因此为改变小车对木板的压力，从而使摩擦力出现变化，有没有必要重新平衡摩擦力？我们说没有必要，因为由此引起的摩擦力变化 是极其微小的，从理论上讲，在小车及其砝码质量变化时，由力的分解可知，重力沿斜面向下的分力和 垂直斜面方向的分力（大小等于对斜面的压力），在斜面倾角不变的情况下是成比例增大或减小的，进 而重力沿斜面方向的分力和摩擦力f成比例变化，仍能平衡．但实际情况是，纸带所受阻力，在平 衡时有，而当和f成比例变化后，前式不再相等，因而略有变化，另外，小车的轴与轮的摩擦力也会略有变化，在我们的实验中，质量变化较小，所引起的误差可忽略不计． 典型例题3——用如图甲所示的装置研究质量一定时加速度与作用力的关系．实验中认为细绳对小车的作用力F等于砂和桶的总重力，用改变砂的质量的办法来改变对小车的作用力F，用打点计时器测出小车的加速度a，得出若干组F和a的数值，然后根据测得的数据作a—F图线．一学生作出如图乙所示的图线，发现横轴上的截距OA较大，明显地超出了偶然误差的范围，这是由于实验中没有进行什么步骤？

验证牛顿第二定律—气垫导轨实验(一)

中国石油大学（华东）现代远程教育 实验报告 课程名称：大学物理(一) 实验名称：验证牛顿第二定律――气垫导轨 实验（一） 实验形式：在线模拟+现场实践 提交形式：提交书面实验报告 学生：学号： 年级专业层次： 学习中心：

提交时间：年月日 一、实验目的 1．了解气垫导轨的构造和性能，熟悉气垫导轨的调节和使用方法。 2．了解光电计时系统的基本工作原理，学会用光电计时系统测量短暂时间的方法。 3．掌握在气垫导轨上测定速度、加速度的原理和方法。 4．从实验上验证F=ma的关系式，加深对牛顿第二定律的理解。 5．掌握验证物理规律的基本实验方法。 二、实验原理 1．速度的测量 一个作直线运动的物体，如果在t~t+Δt时间通过的位移为Δx（x~x+Δx），则该物 体在Δt时间的平均速度为，Δt越小，平均速度就越接近于t时刻的实际速度。当Δt→0时，平均速度的极限值就是t时刻（或x位置）的瞬时速度 （1） 实际测量中，计时装置不可能记下Δt→0的时间来，因而直接用式（1）测量某点的速度就难以实现。但在一定误差围，只要取很小的位移Δx，测量对应时间间隔Δt，就可以用平均速度近似代替t时刻到达x点的瞬时速度。本实验中取Δx为定值（约10mm），用光电计时系统测出通过Δx所需的极短时间Δt，较好地解决了瞬时速度的测量问题。2．加速度的测量 在气垫导轨上相距一定距离S的两个位置处各放置一个光电门，分别测出滑块经过这两个位置时的速度v1和v2。对于匀加速直线运动问题，通过加速度、速度、位移及运动时间之间的关系，就可以实现加速度a的测量。 （1）由测量加速度 在气垫导轨上滑块运动经过相隔一定距离的两个光电门时的速度分别为v1和v2，经过两个光电门之间的时间为t21，则加速度a为 （2） 根据式（2）即可计算出滑块的加速度。 （2）由测量加速度 设v1和v2为滑块经过两个光电门的速度，S是两个光电门之间距离，则加速度a为

验证牛顿第二定律实验

实验：验证牛顿第二定律 一、实验原理 1．如图所示装置，保持小车质量M 不变，改变小桶内砂的质量m ，从而改变细线对小车的牵引力F （当．．m ．<<．．M ．时，．．F=mg ．．．．近似成立）．．．．．，用打点计时器测出小车的对应加速度a ,由多组a 、F 数据作出加速度和力的关系a — F 图线，验证加速度是否与外力成正比。 2．保持小桶和砂的质量不变，在小车上加减砝码, 改变小车的质量M ，测出小车的对应加速度a , 由多组a 、M 数据作出加速度和质量倒数的关系m a 1 -图线, 验证加速度是否与质量成反比。 ▲平衡摩擦力．．．．．的原理：（在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上垫块，使长木板倾斜，便用重力的分力来平衡摩擦力。） 对小车受力分析，小车受到G 、N 和摩擦力f 三力作用，处于平衡状态时， f G x =，y G N =。故当木板倾斜一定角度时，可以用重力的分力x G 来平衡摩擦 力。故验证牛二时，小车受到的拉力F 即为小车的合力。 二、实验器材 小车，砝码，小桶，砂, 细线，附有定滑轮的长木板,垫块，电火花打点计时器，220V 交流电源, 导线两根, 纸带,托盘天平及砝码，米尺。 三、实验步骤 1．用调整好的天平测出小车和小桶的质量M 和m ，把数据记录下来。 2．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下面垫上垫块，反复移动垫块的位置，直至轻轻推一推小车，小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）。 4．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M'和m'记录下来。把细线系在小车上并绕过滑轮悬挂小桶,接通电源,放开小车,打点计时器在纸带上打下一系列点,取下纸带,在纸带上写上编号。 5．保持小车的质量不变，改变砂的质量（要用天平称量），按步骤4再做5次实验。 6．用逐差法．．． 算出每条纸带对应的加速度的值。 7．用纵坐标表示加速度a ，横坐标表示作用力F ，即砂和桶的总重力(m+m')g ，根据实验结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，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a ，横坐标表示小车和车内砝码总质量的倒数 M M ' +1 ,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,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。 四、注意事项 1．砂和小桶的总质量不要超过小车和砝码的总质量的1/10，为什么？ 设，小车和砝码总质量为M ，而M 和m 连接在一起运动， 有相同的加速度为a ，求绳子对小车的拉力F 。 解：对M 和m 组成的整体受力分析（只分析外力）如图1，则mg =合 F ， 由牛二得：m )a (M +=合 F ，即m mg m M F a += += M 合 对小车受力分析(忽略摩擦力)如图2，则F =合F 由牛二得：m Mmg F += ==M Ma F 合 1 图m M 2 图G N f x y Gx Gy

牛顿第二定律的验证

课题9：验证牛顿第二定律 ——加速度与力关系的实验研究 （本课题适用于高一、二物理必修课） 教学过程： 古希腊的哲学家亚里士多德根据人们的传统观念提出：力是维持物体运动的原因。这种认识一直延续了2000多年，直到17世纪，伽利略把可靠的实验事实与深刻的理论思维结合起来，运用“理想实验”的科学方法指出：力是改变物体运动状态的原因，驳斥了亚里士多德的错误认识。牛顿在总结了伽利略等人有关力与运动的研究成果，并且进行了创造性的研究，提出了三条运动定律。300多年来，牛顿三大定律在科学的各个领域里得到广泛的应用。人造卫星的上天，载人航天器的发射，人类首次登月成功……无不反映了牛顿运动定律的正确性。美国宇航局曾在太空中利用宇宙飞船进行验证牛顿第二定律的实验。 利用TI-83+、CBL、光电门，配合气垫导轨，可以较好的验证牛顿第二定律。 一、实验方案的设计 1、实验原理 牛顿第二定律告诉我们：对质量相同的物体来说，物体的加速度跟作用在它上面的力成正比。 我们把放置在水平气垫导轨上的滑块作为研究对象，从导轨上气孔喷出的气体把在导轨上滑块托起，由于空气的阻力很小，可不计滑块运动时所受的阻力。在滑块的一端拴上一根细线，跨过固定在水平气垫导轨一端的滑轮，下面悬挂重物（装有小砝码的小桶）。为了力求简单明了，我们令重物（小桶和砝码）的总质量远小于滑块质量。此时，滑块所受的拉力可以认为等于重物所受的重力。 利用TI-83Plus和CBL以及光电门测出滑块在不同拉力作用下运动的加速度，对测得的数据进行统计分析，就可得出加速度与力的关系。 2、实验器材 气垫导轨，物理天平，砝码，小桶， 细线，滑块，游标卡尺，TI-83Plus 图形计算器，CBL，光电门，自制塑料 挡光片。图1为自制的塑料挡光片。 塑料挡光片的由八条相间等宽的不透 明条组成，用来配合光电门工作的装 置。其中每条明条纹和每条黑条纹间 （有关光电门的 的距离均等于1厘米。 工作原理见问题讨论） 3、实验步骤 （1）称衡小桶的质量M1，滑块的质量m，测量挡光片的挡光条宽度d。 ①用物理天平称衡小桶的质量M1，滑块的质量m； ②用游标卡尺测的挡光片的挡光条宽度d。 （2）调整气垫导轨的水平 调节气垫导轨底座一端的垫脚高低，当滑块不受拉力作用时，能沿导轨做匀速直线运动，表明气垫导轨已调至水平。 （3）安装实验装置。 按图2安装实验装置。 （4）采集数据 让装有挡光片的滑块从光电门中通过。

验证牛顿第二定律参考实验报告

《验证牛顿第二定律》参考实验报告 实验目的 1．熟悉气垫导轨的构造，掌握正确的使用方法。 2．熟悉光电计时系统的工作原理，学会用光电计时系统测量短暂时间的方法。 3．学会测量物体的速度和加速度。 4．验证牛顿第二定律。 实验仪器 气垫导轨，气源，通用电脑计数器，游标卡尺，物理天平等。 实验原理 牛顿第二定律的表达式为 F ＝m a （1—1） 验证此定律可分两步 （1）验证m 一定时，a 与F 成正比。 （2）验证F 一定时，a 与m 成反比。 把滑块放在水平导轨上。滑块和砝码相连挂在滑轮上，由砝码盘、滑块、砝码和滑轮组成的这一系统，其系统所受到的合外力大小等于砝码（包括砝码盘）的重力W 减去阻力，在本实验中阻力可忽略，因此砝码的重力W 就等于作用在系统上合外力的大小。系统的质量m 就等于砝码的质量m 1、滑块的质量m 2和滑轮的折合质量2r I 的总和，按牛顿第二定律 a r I m m W )(221++= （1—2） 在导轨上相距S （系统默认S=50cm ）的两处放置两光电门k 1和k 2，测出此系统在砝码重力作用下滑块通过两光电门和速度v 1和v 2，则系统的加速度a （可有光电计时器直接读出）等于 S v v a 22122-= （1－3） 在滑块上放置双挡光片，同时利用计时器测出经两光电门的时间间隔，则通过2个光电门的速度为 （用卡尺测出遮光片两挡光沿的宽度d ?，cm d 1=?）（速度可有光电计时器直接读出） 2 211,t d v t d v ??=??= （1－4） 其中d ?为遮光片两个挡光沿的宽度如图1－1所示。在此测量中实际上测 定的是滑块上遮光片（宽d ?）经过某一段时间的平均速度，但由于d ?较 窄，所以在d ?范围内，滑块的速度变化比较小，故可把平均速度看成是滑 块上遮光片经过两光电门的瞬时速度。同样，如果t ?越小（相应的遮光片 宽度d ?也越窄），则平均速度越能准确地反映滑块在该时刻运动的瞬时速 度。 实验步骤 1．调好光电计时器，调整气垫导轨水平 （1）首先检查计时装置是否正常。将计时装置与光电门连接好，要注意套管插头和插孔要正确插入，将两光电门按在导轨上，利用功能键调到加速度，利用转换键调至显示速度和加速度。双挡光片第一次挡光开始计时，第二次挡光停止计时就说明光电计时装置能正常

验证牛顿第二定律实验(有答案)

验证牛顿第二定律 1.（10分）“探究加速度与物体质量、物体受力的关系”的实验装置如图甲所示。 （1）在平衡小车与桌面之间摩擦力的过程中，打出了一条纸袋如图乙所示。计时器打点的时间间隔为.从比较清晰的点起，每5个点取一个计数点，量出相邻计数点之间的距离。该小车的加速度a=______m/s2.（结果保留两位有效数字） （2）平衡摩擦力后，将5个相同的砝码都放在小车上.挂上砝码盘，然后每次从小车上取一个砝码添加到砝码盘中，测量小车的加速度。小车的加速度a与砝码盘中砝码总重力F的实验数据如下表： 砝码盘中砝码总重力F(N)— 加速度a（m·s-2） 请根据实验数据作出a-F的关系图像. . （3）根据提供的试验数据作出的a-F图线，请说明图像不过原点主要原因。答案：(1) 也算对) ；（2）（见图）；（3）未计入砝码盘的重力。

解析：（1）处理匀变速直线运动中所打出的纸带，求解加速度用公式2at x =?，关键弄清公式中各个量的物理意义，x ?为连续相等时间内的位移差，t 为连需相等的时间间隔，如果每5个点取一个点，则连续两点的时间间隔为t =，=?x （）210-?m ，带入可得加速度a =s 2。也可以使用最后一段和第二段的位移差求解，得加速度a =s 2. （2）根据图中的数据，合理的设计横纵坐标的刻度值，使图线倾斜程度太小也不能太大，以与水平方向夹角45°左右为宜。由此确定F 的范围从0设置到1N 较合适，而a 则从0到3m/s 2较合适。设好刻度，根据数据确定个点的位置，将个点用一条直线连起来，延长交与坐标轴某一点。如图所示。 （3）处理图象问题要注意图线的斜率、交点、拐点、面积等意义，能正确理解这些量的意义则很多问题将会迎刃而解。与纵坐标相交而 不过原点，该交点说明当不挂砝码时，小车仍由加速度，即绳对小车仍有拉力，从此拉力的来源考虑很容易得到答案，是因为砝码盘的重力，而在（2）问的图表中只给出了砝码的总重力，而没有考虑砝码盘的重力。 2. 某同学设计了一个探究小车的加速度a 与小车所受拉力F 及质量m 关系的实验，图（a ）为实验装置简图．（所用交变电流的频率为50Hz ） （1）图（b ）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4个点未画出，根据纸带可求出小车的加速度大小为 m/s 2．（保留三位有效数字） （2）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 m 1 ，数据如下表： : 实验次数 1 2 3 4 5 6 7 8 小车加速度a /m ·s –2 ？

验证牛顿第二定律实验题型总结

验证牛顿第二定律实验 1、为了更直观地反映物体的加速度a与物体质量m的关系，往往用二者的关系图象表示出来，该关系图象应选用（） A．a-m图象B．m-a图象C．a-1/m图象D．1/m-a图象 2、在本实验中，下列说法正确的是（） A、平衡摩擦力时，小桶应用细线通过定滑轮系在小车上，但小桶内不能装沙 B、实验中无需始终保持小车和砝码的质量远远大于沙和小桶的质量 C、实验中如用纵坐标表示加速度，用横坐标表示小车和车内砝码的总质量，描出相应的点在一条直线上时，即可证明加速度与质量成反比 D、平衡摩擦力时，小车后面的纸带必须连好，因为运动过程中纸带也要受到阻力 3、在“探究加速度与作用力的关系”的实验中，有位同学按照图3-3-6的装置（将长木板平放在水平桌面上）做五次实验.他在做第一次实验时，钩码总质量为m，小车质量M=30m，以后每次增加一个钩码，这五次实验中，若用钩码的总重力表示绳子的拉力F，则第_____次实验的误差较大；按这五组数据画出的a-F图像是图3-3-7中的______图；该图象存在截距的原因是______；图线斜率的物理含义是______。. 4、在探究加速度与物体所受合外力和质量间的关系时,采用如图3-3-8所示的实验装置，小车及车中的砝码质量用M表示，盘及盘中的砝码质量用m表示，小车的加速度可由小车后拖动的纸带由打点计数器打上的点计算出： (1)当M与m的大小关系满足__________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. (2)一组同学在先保持盘及盘中的砝码质量一定，探究做加速度与质量的关系，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 C、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m以及小车质量M，直接用公式a＝mｇ/Ｍ求出. （3）在保持小车及车中的砝码质量一定，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当，二位同学得到的a―Ｆ关系 分别如图3-3-9中的甲、乙所示（a是小车的加速度，Ｆ是细线作用于小车的拉力）.其原因

牛顿第二定律的验证

实验名称：牛顿第二定律的验证 教学目的： 熟练并掌握打点计时器的使用，掌握利用图像来处理数据的方法，掌握实验目的、原理和步骤，了解系统误差的来源和减小误差的办法，会用图像处理结果。 教学要求： 掌握验证牛顿第二定律实验的基本方法、实验操作和结果分析；熟练掌握电磁打点计时器的原理、结构、使用方法和检验、调整的方法；能分析实验误差来源并试图解决之，了解何处是实验易出错的地方，并讨论分析为什么存在此实验教学难点。 教学意义： “牛顿第二定律验证”实验课起到了承上启下的作用，承上，使学生加深了对牛顿第一定律的理解；启下，通过实例定量地验证了牛顿第二定律，加速度与质量、外力的关系直接作用于今后的力学学习内容中，对牛顿第二定律的印证会起到基础性的作用。 实验仪器：J0203电磁打点计时器、纸带、复写纸、细线、小车、铁片、铝块、勾码、导轨、托盘天平、交流电源、导线若干。 实验原理： 1.保持物体的质量不变，测量物体在不同的外力的作用下的加速度，比较其与理论值之间的百分误差，并最终验证牛顿第二定律。 2. 保持物体所受外力不变，测量物体在不同质量的情况下的加

速度，比较其与理论值之间的百分误差，并最终验证牛顿第二定律。作出加速度a与质量的倒数1／M的关系图像。 实验步骤： 1、利用天平测出小车和砝码的总质量，记于表中。 2、按照图1-1将实验器材安装好，细绳一端不接砝码，即不给小车加牵引力。 3、平衡摩擦力：调节导轨在打点计时器一侧的高度，使得小车在斜面上运动时可以保持匀速直线运动状态。 4、细绳一端系上一个砝码。先通电源再放小车，打点计时器在纸带上打下一系列的点，打完后切断电源，取下纸带，并标号记号。 5、增加砝码质量，保持小车和砝码质量不变，改变钩吊的砝码质量，使得其质量远小于小车和砝码的总质量，记录钩吊的砝码质量m，重复步骤4. 6、重复步骤5三次得到四条纸带。 7、在每条纸带上选取一段较为理想的部分，标明计数点，测量计数点间的距离，算出每条纸带上的加速度的值。 8、用纵坐标表示加速度a，横坐标表示作用力F（F= m‵g），根

验证牛顿第二定律实验精选习题

精心整理 专题六《验证牛顿运动定律》 1某同学设计了一个探究加速a 度与物体所受合力F 及质量m 的关系实验。实验装置简图如图14－12所示，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 等于砂和砂桶总重量，小车运动加速度a 可用纸带上点求得： 图14－12 (1)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m 1 数据如 乙32012海淀二模）用如图甲所示装置做“探究物体的加速 度跟力的关系”的实验。实验时保持小车的质量不变，用钩码所受的重力作为小车受到的合力，用打点计时器和小车 后端拖动的纸带测出小车运动的加速度。 ①实验时先不挂钩码，反复调整垫木的左右位置，直到 小车做匀速直线运动，这样做的目的是。 ②图乙为实验中打出的一条纸带的一部分，从比较清晰的点迹起，在纸带上标出了连续的5个计数点A 、B 、C 、D 、E ，相邻两个计数点之间都有4个点迹没有标出，测出各计数点到A 点之间的距离，如图乙所 甲

示。已知打点计时器接在频率为50Hz的交流电源两端，则此次实验中小车运动的加速度的测量值a=____________m/s2。（结果保留两位有效数字） 根据测得的多组数 第二定律”的实验中，保持小车质量一定时，验证小车加速度a 与合力F的关系。 ①除了电火花计时器、小车、砝码、砝码盘、细线、附有定滑轮的长木板、垫木、导线 及开关外，在下列器材中必须使用的有_________（选填选项前的字母）。 A B C D E A B C 验数据做出的a－F图像如图丁中的1、2、3所示。下列分 析正确的是_____（选填选项前的字母）。 A．出现图线1的原因可能是没有平衡摩擦力 B．出现图线2的原因可能是砝码和砝码盘的质量不合适 C．出现图线3的原因可能是在平衡摩擦力时长木板的倾斜度过大 ⑤在本实验中认为细线的拉力F等于砝码和砝码盘的总重力 m g，由此造成的误差是______（选填“系统误差”或“偶 乙 丙 丁 乙

关于验证牛顿第二定律实验的三个问题

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mg 代替了小车所受的拉力F ，如图1所 示： 而砂和砂桶的重力mg 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mg 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a ，由牛顿第二定律可得： ()mg M m a =+ 即 () mg a M m =+ 若视 F ma =，设这种情况下小车的加速度为 a '，则 mg a M '=．在本实验中，M 保持不变，与()mg F 成正比，而实际加速度a 与mg 成非线性关系，且m 越大，图像斜率越小。理想情况下，加速度a 与实际加速度差值为 图１ 图２

221()()m g mg mg g a M M M m M M m M m m ?=-==+++ 上式可见，m 取不同值， a ?不同，m 越大，a ?越大， 当m M 时，a a '≈， 0a ?→，这就是要求该实验必须满足m M 的原因所在． 由图２还可以可以看出，随着()F mg 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mg 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 m M 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：牛顿第二定律表达式 F ma =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 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 图3

验证牛顿第二定律完整版

验证牛顿第二定律 HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】

实验4：验证牛顿第二定律 一、实验目的 1．学会用控制变量法研究物理规律。 2．探究加速度与力、质量的关系。 3．掌握灵活运用图象处理问题的方法。 二、实验原理 控制变量法：在所研究的问题中，有两个以上的参量在发生牵连变化时，可以控制某个或某些量不变，只研究其中两个量之间的变化关系的方法，这也是物理学中研究问题时经常采用的方法。 本实验中，研究的参量为F、M和a，可以控制参量 M一定，研究a与F的关系，也可控制参量F一定，研究 a与M的关系。 三、实验器材 电磁打点计时器、复写纸片和纸带、一端有定滑轮的长木板、小车、小盘、低压交流电源、天平、砝码、刻度尺、导线。 四、实验步骤 1．用天平测量小盘的质量m和小车的质量M。 2．把一端附有滑轮的长木板放在实验桌上，并使 滑轮伸出桌面，把打点计时器固定在长木板上远离滑轮 的一端，连接好电路。 3．平衡摩擦力：小车的尾部挂上纸带，纸带穿过 打点计时器的限位孔，将木板无滑轮的一端稍微垫高一些，使小车在不挂小盘和砝码的情况下，能沿木板做匀速直线运动。这样小车所受重力沿木板的分力与小车所受摩擦力平衡。在保证小盘和砝码的质量远小于小车质量的条件下，可以近似认为小盘和砝码的总重力大小等于小车所受的合外力的大小。 4．把小车停在打点计时器处，挂上小盘和砝码，先接通电源，再让小车拖着纸带在木板上匀加速下滑，打出一条纸带。 5．改变小盘内砝码的个数，重复步骤4，并多做几次。 6．保持小盘内的砝码个数不变，在小车上放上砝码改变小车的质量，让小车在木板上滑动打出纸带。 7．改变小车上砝码的个数，重复步骤6。 五、实验数据的处理方法——图象法、化曲为直的方法 1．探究加速度与力的关系 以加速度a为纵坐标，以F为横坐标，根据测量的数据描点，然后作出图象，看图象是否是通过原点的直线，就能判断a与F是否成正比。 2．探究加速度与质量的关系 以a为纵坐标、M为横坐标，根据各组数据在坐标系中描点，将会得到如图甲所示的一条曲线。由图线只能看出M增大时a减小，但a与M具体是