实验四实验四 验证牛顿第二定律验证牛顿第二定律1.学会用控制变量法研究物理规律学会用控制变量法研究物理规律.2.验证牛顿第二定律验证牛顿第二定律.3.掌握利用图象处理数据的方法掌握利用图象处理数据的方法.二、实验原理二、实验原理一、实验目的一、实验目的 1 1、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、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加速度与力和质量的关系。如图所示，通过适当的制变量法研究加速度与力和质量的关系。如图所示，通过适当的调节，使小车所受的阻力忽略，当调节，使小车所受的阻力忽略，当M M和和m m做加速运动时，可以得到：做加速运动时，可以得到： 当当Mm时，可近似认为小车所受的拉力时，可近似认为小车所受的拉力T等于等于mg。2、控制变量法：1优质教学（1）保持小车的质量）保持小车的质量M不变，改变不变，改变m （即拉力）的大（即拉力）的大小，测出相应的小，测出相应的a，探究，探究a与与F的关系；的关系；（2）保持）保持m（即拉力）不变，改变（即拉力）不变，改变M的大小，测出小的大小，测出小车运动的加速度车运动的加速度a，探究，探究a与与M的关系的关系2 2、控制变量法：、控制变量法：三实验器材2优质教学四、实验步骤四、实验步骤(如图所示如图所示)1.用天平测量小盘的质用天平测量小盘的质量量m0和和 小车的质量小车的质量M0。2.把一端附有定滑轮的长木板放在实验桌上把一端附有定滑轮的长木板放在实验桌上,并使滑轮伸出桌面并使滑轮伸出桌面,把打把打点计点计时器固定在长木板上远离滑轮的一端时器固定在长木板上远离滑轮的一端,连接好电路。连接好电路。 打点计时器，纸带及复写纸，小车，一端附有滑轮的长木打点计时器，纸带及复写纸，小车，一端附有滑轮的长木板，小盘，细绳，夹子，低压交流电源，导线，天平，刻度尺，板，小盘，细绳，夹子，低压交流电源，导线，天平，刻度尺，砝码。砝码。三实验器材三实验器材3优质教学3.平衡摩擦力平衡摩擦力:小车的尾部挂上纸带小车的尾部挂上纸带,纸带穿过打点计时器的限位孔纸带穿过打点计时器的限位孔,将木板将木板无滑轮的一端稍微垫高一些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使小车在不挂小盘和砝码的情况下,能沿木板能沿木板做匀速直线运动做匀速直线运动.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。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，挂上小盘和砝码把小车停在打点计时器处，挂上小盘和砝码,先接通电源先接通电源,再让小车拖着再让小车拖着纸带在木板上匀加速下滑，打出一条纸带。计算小盘和砝码的重力，即为纸带在木板上匀加速下滑，打出一条纸带。计算小盘和砝码的重力，即为小车所受的合外力，由纸带计算出小车的加速度小车所受的合外力，由纸带计算出小车的加速度,并把力和对应的加速度并把力和对应的加速度填入表填入表(一一)中。中。5.改变小盘内砝码的个数改变小盘内砝码的个数,重复步骤重复步骤4,并多做几次并多做几次.4优质教学6.保持小盘内的砝码个数不变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让小车在木板上滑动打出纸带.计算砝码和小车的总质量计算砝码和小车的总质量M,并由纸并由纸带计算出小车对应的加速度。带计算出小车对应的加速度。7.改变小车上砝码的个数改变小车上砝码的个数,重复步骤重复步骤6,并将所对应的质量和加速度并将所对应的质量和加速度填入表填入表(二二)中中.表表(一一)实验次数实验次数加速度加速度a/(ms-2)小车受力小车受力F/N1 2 3 4 5优质教学表表(二二)实验次数实验次数加速度加速度a/(ms-2)小车和砝码的总质量小车和砝码的总质量M/kg1 2 3 6优质教学五、数据处理五、数据处理1.需要计算各种情况下所对应的小车加速度需要计算各种情况下所对应的小车加速度,可使用可使用“研究匀变速研究匀变速直直线运动线运动”的方法的方法:先在纸带上标明计数点先在纸带上标明计数点,测量各计数点间的距离测量各计数点间的距离,根根据公式据公式a=计算加速度计算加速度.2.需要记录各组对应的加速度需要记录各组对应的加速度a与小车所受牵引力与小车所受牵引力F,然后建立直角坐然后建立直角坐标系标系,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,描点画描点画aF图象图象,如如果图象是一条过原点的直线果图象是一条过原点的直线,便证明加速度与作用力成正比便证明加速度与作用力成正比.再记录再记录各组对应的加速度各组对应的加速度a与小车和砝码总质量与小车和砝码总质量M,然后建立直角坐标系然后建立直角坐标系,用用纵坐标表示加速度纵坐标表示加速度a,横坐标表示总质量的倒数横坐标表示总质量的倒数,描点画描点画a图象图象,如果图象是一条过原点的直线如果图象是一条过原点的直线,就证明了加速度与质量成反比就证明了加速度与质量成反比.六、注意事项7优质教学六、注意事项六、注意事项1.一定要做好平衡摩擦力的工作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也就是调出一个合适的斜面,使小车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.在平衡摩擦在平衡摩擦力时力时,不要把悬挂小盘的细线系在小车上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即不要给小车加任何牵引力力,并要让小车拖着纸带运动并要让小车拖着纸带运动.2.整个实验平衡了摩擦力后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是改变小车和砝码的总质量,都不需要重新平衡摩擦力都不需要重新平衡摩擦力.3.每条纸带必须在满足小车的质量远大于小盘和砝码的总质量的条每条纸带必须在满足小车的质量远大于小盘和砝码的总质量的条件下打出件下打出.只有如此只有如此,小盘和砝码的总重力才可视为小车受到的拉力小盘和砝码的总重力才可视为小车受到的拉力.4.改变拉力和小车与砝码质量后改变拉力和小车与砝码质量后,每次开始时小车应尽量靠近打点计时每次开始时小车应尽量靠近打点计时器器,并应先接通电源并应先接通电源,再放开小车再放开小车,且应在小车到达滑轮前按住小车且应在小车到达滑轮前按住小车.8优质教学5.作图象时作图象时,要使尽可能多的点在所作直线上要使尽可能多的点在所作直线上,不在直线上的点应尽可不在直线上的点应尽可能对称分布在所作直线两侧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作图时两轴标度比例要选择适当.各量须采用国际单位各量须采用国际单位.这样作图线这样作图线时时,坐标点间距不至于过密或过疏坐标点间距不至于过密或过疏,误差会小些误差会小些.7.为提高测量精度为提高测量精度(1)应舍掉纸带上开头比较密集的点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在后边便于测量的地方找一个起点起点.(2)可以把每打五次点的时间作为时间单位可以把每打五次点的时间作为时间单位,即从开始点起即从开始点起,每五个点每五个点标出一个计数点标出一个计数点,而相邻计数点间的时间间隔为而相邻计数点间的时间间隔为T=0.1 s.例题讲解9优质教学10优质教学11优质教学【例例2】在探索在探索a与与F、m关系的实验中备有下列关系的实验中备有下列器材：器材： A打点计时器；打点计时器；B天平；天平；C秒表；秒表；D低低压交流电源；压交流电源；E电池；电池；F纸带；纸带； G细绳、细绳、砝码、小车、砂和桶。砝码、小车、砂和桶。其中多余的器材是其中多余的器材是_缺少的器材是缺少的器材是_C E 附有定滑轮的长木板、刻度尺附有定滑轮的长木板、刻度尺 12优质教学BD13优质教学14优质教学1.66或或1.6515优质教学B16优质教学AD17优质教学