实验：验证牛顿运动定律

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1、一、实验目的验证牛顿第二定律，即质量一定时，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。二、实验原理采用控制变量法，当研究对象有两个以上的参量发生牵连变化时，我们设法控制某些参量不变，而研究其中两个参量之间的变化关系的方法，是物理实验中经常采取的一种方法。本实验的参量有F、m、a三个参量，研究加速度a与F及m的关系时，我们先控制一个参量，验证牛顿第二定律实验要求先控制小车的质量m不变，讨论a与F的关系后，再控制小盘砝码的质量不变，即F不变，改变小车的质量，讨论a与m的关系。三、实验器材打点计时器、纸带及复写纸片、小车、一端附有定滑轮的长木板、薄木板、小盘、细绳、低压交

2、流电源、两根导线、天平（带有一套砝码）、刻度尺、砝码。学案4实验：验证牛顿运动定律四、实验步骤1.用天平测出小车和小盘的质量m和m0，把数值记录下来。2.按图3-4-1把实验器材安装好，只是不把悬挂小盘的细绳系在小车上(即不给小车加牵引力)。3.平衡摩擦力：在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木板，反复移动木板的位置，直至小车在斜面上运动时保持匀速运动状态，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上的分力平衡。4.把细绳系在小车上并绕过滑轮悬挂小盘。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，在小盘内放入m′的砝码

3、，重复步骤4，在小盘内分别放入质量m″，m……的砝码，再重复步骤4。m′，m″，m……的数值都要记录在纸带上(或自己设计的表格内)。6.在每条纸带上都选取一段比较理想的部分，按“研究匀变速直线运动”实验中的方法，算出每条纸带的加速度a。7.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。8.保持小盘与砝码的质量不变，在小车上依次加砝码(也需作好记录)，重复上述步骤4和6。用纵坐标表示加速度a，横坐标表示小车及砝码总质量的倒数，在坐标平面上根据实验结果画出相应的点，如果这些点在一条直线上，就证明加速度与

4、质量成反比。图3-4-1五、注意事项1.一定要做好平衡摩擦力的工作，也就是调出一个合适的斜面，使小车的重力沿着斜面方向的分力正好平衡小车受的摩擦阻力。在平衡摩擦力时，不要把悬挂小盘的细线系在小车上，即不要给小车加任何牵引力，并要让小车拖着打点的纸带运动。2.实验步骤2、3不需要重复，即整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变小盘和砝码的总质量还是改变小车和砝码的总质量，都不需要重新平衡摩擦力。3.每条纸带必须在满足小车与车上所加砝码的总质量远大于小盘和砝码的总质量的条件下打出。只有如此，小盘和砝码的总重力的大小才可视为小车受到的拉力的大小。4.改变拉力和小车质量后，每次开始时小车应

5、尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，再放开小车，且应在小车到达滑轮前按住小车。5.作图象时，要使尽可能多的点在所作直线上，不在直线上的点应尽可能对称分布在所作直线两侧。6.作图时两轴标度比例要选择适当。各量须采用国际单位。这样作图线时，坐标点间距不至于过密，误差会小些。7.为提高测量精度(1)应舍掉纸带上开头比较密集的点，在后边便于测量的地方找一个起点。(2)可以把每打五次点的时间作为时间单位，即从开始点起，每五个点标出一个计数点，而相邻计数点间的时间间隔为T=0.1s。8.调整定滑轮的高度，保证细绳与长木板平行。六、误差分析1.质量的测量误差，纸带上打点计时器打点间隔距离的测量

6、误差，细线或纸带不与木板平行等都会造成误差。2.因实验原理不完善造成误差。本实验中用小盘和砝码的总重力代替小车受到的拉力(实际上小车受到的拉力要小于小盘和砝码的总重力)，存在系统误差。小盘和砝码的总质量越接近小车的质量，误差就越大；反之，小盘和砝码的总质量越小于小车的质量，误差就越小。3.平衡摩擦力不准造成误差。在平衡摩擦力时，除了不挂小盘外，其他的都跟正式实验一样(比如要挂好纸带、接通打点计时器)，匀速运动的标志是打点计时器打出的纸带上各点的距离相等。名师支招：为何小盘及砝码的总重力不等于绳子的拉力？如何才能减小由此造成的测量误差？这是产生系统误差的原因，分析如下：令小车带上纸

7、带在斜面上平衡摩擦力后挂上小盘，使小车和小盘一起加速运动时绳的拉力大小为FT，小车总质量为M，盘和砝码总质量为m，它们的加速度为a，由牛顿第二定律：对M有FT=Ma，对m有mg-FT=ma。联立解得FT=Mmg/(M+m)=mg/(1+m/M)。可见，欲使FT≈mg，则必有m/M→0，故有m<20m，否则，系统误差较大。【例1】在探究加速度与力、质量的关系实验中，采用如图3-4-2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