《高中物理一轮复习讲义》力学实验4　验证牛顿第二定律

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实验四　　验证牛顿第二定律
一、基本实验要求
1．实验原理（见实验原理图）
（1）保持质量不变，验证加速度跟合外力的关系．
（2）保持合外力不变，验证加速度与质量的关系．
（3）作出 a－F图象和 a－图象，确定其关系．
2．实验器材
小车、砝码、小盘、细绳、附有定滑轮的长木板、垫木、电磁打点计时器、低压交流电源、导线两
根、纸带、天平、刻度尺．
3．实验步骤
（1）测量：用天平测量小盘和砝码的质量 m′和小车的质量 m．
（2）安装：按照如实验原理图所示装置把实验器材安装好，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块，使小车能匀速下滑．
（4）操作：①小盘通过细绳绕过定滑轮系于小车上，先接通电源后放开小车，取下纸带编号码．
② 保持小车的质量 m不变，改变砝码和小盘的质量 m′，重复步骤①．
1
③ 在每条纸带上选取一段比较理想的部分，测加速度 a．
④ 描点作图，作 a－F的图象．
⑤ 保持砝码和小盘的质量 m′不变，改变小车质量 m，重复步骤①和③，作 a－图象．
二、规律方法总结
1．注意事项
（1）平衡摩擦力：适当垫高木板的右端，使小车的重力沿斜面方向的分力正好平衡小车和纸带受
到的阻力．在平衡摩擦力时，不要把悬挂小盘的细绳系在小车上，让小车拉着穿过打点计时器的纸
带匀速运动．
（2）不重复平衡摩擦力．
（3）实验条件：m ≫ m ′ .
（4）一先一后一按：改变拉力和小车质量后，每次开始时小车应尽量靠近打点计时器，并应先接
通电源，后释放小车，且应在小车到达滑轮前按住小车．
2．误差分析
（1）因实验原理不完善引起的误差：本实验用小盘和砝码的总重力 m′g代替小车的拉力，而实际
上小车所受的拉力要小于小盘和砝码的总重力．
（2）摩擦力平衡不准确、质量测量不准确、计数点间距测量不准确、纸带和细绳不严格与木板平
行都会引起误差．
3．数据处理
（1）利用 Δx＝aT2及逐差法求 a.
（2）以 a为纵坐标，F为横坐标，根据各组数据描点，如果这些点在一条过原点的直线上，说明 a
与F成正比．
（3）以 a为纵坐标，为横坐标，描点、连线，如果该线为过原点的直线，就能判定 a与m成反比．
考点一　实验原理与实验操作
例1、在“验证牛顿运动定律”的实验中，采用如图所示的实验装置．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打上的点计算出．
2
（1）利用该套实验装置可以做力学中的许多实验．以下说法正确的是（　　）
A．用此装置“研究匀变速直线运动”时，必须设法消除小车和长木板间的摩擦阻力的影响
B．用此装置“研究匀变速直线运动”时，应使小盘和盘内砝码的总质量远小于小车的质量
C．用此装置“探究加速度 a与力 F的关系”时，必须设法消除小车和长木板间的摩擦阻力的影响
D．用此装置“探究加速度 a与力 F的关系”时，应使小盘和盘内砝码的总质量远小于小车的质量
（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，应该作 a与_______的图象．
（3）如图（a）所示为甲同学根据测量数据作出的 a-F图线，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 图线如图（b）所示，两个同学做实验
时的哪一个物理量取值不同？_______________________________．
例2、某实验小组利用如图所示的装置探究加速度与力、质量的关系．
（1）下列做法正确的是________．（填字母代号）
A．调节滑轮的高度，使牵引木块的细绳与长木板保持平行
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