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三水中学2013届高三物理第一轮复习《验证牛顿第二定律》


实验四、探究牛顿第二定律
1. 目的:探究a与F关系, a与M关系. 2. 原理:①控制变量法 (1)保持小车的质量M不变,探究a与力F的关系,

(2)再保持小盘和砝码的质量m不变,即力F不变,改 变小车质量M,探究a与M的关系.
②图像法处理数据: 作a---F图 a---1/M图

3. 实验器材: ?天平,

r />?刻度尺, ?小车和砝码, ?小盘和砝码,

测量M,F=mg

测量纸带上各点距离求a
改变M

改变F=mg
平衡摩擦力

?小木块,
?打点计时器一套, ?附有定滑轮的长木板, ?细绳,

4. 实验步骤
(1) 用天平测出小车和小盘的质量

M ′和 m′
(2) 按照图把实验器材安装好,只 是不悬挂沙桶。(注意线平行)

(5) 保持小车质量M不 变,改变小盘中砝码 (3) 平衡摩擦力? (4) 悬挂装有适量砝码的砝码盘. 的质量m,即改变小 车所受牵引力F,再重 先接通电源,再释放小车,打点 复步骤4, 在每条纸 计时器在纸带上打下一系列的点. 带上都选取一段比较 取下纸带,在纸带记下小盘和砝 理想的部分,计算出 各条纸带对应的加速 码的总质量m、小车和砝码的总 度的值. 根据实验数据, 质量M 画出a—F图像.

(6)保持砝码和砝码盘总质量m不变,在小车上加砝码,

即改变M,重复步骤(4),然后作出a —1/M 的图线.
(7)据两图线作出结论。

5. 注意事项 ? 要把砝码和砝码盘的总质量m当作小车M的合外力, 须满足: (1) 平衡摩擦力 (2) 使砝码和砝码盘的总质量m<<小车和砝码总质量M ? 如何平衡摩擦力: ?不要挂砝码盘,但应连着纸带; ?要轻推小车,使小车获得初速度; ?打下一条点距分布均匀的纸带; ?每次改变小车质量时,无需重新平衡摩擦力; ?通过纸带逐差法求加速度,不可a =mg/(M+m)求a ?作a —F、 a —1/M 图线 ?先接通电源,再释放纸带 ?每次释放小车时,小车应尽量靠近打点计时器,

?(1)如左下图所示为某同学所安装的“验证牛顿第二
定律”的实验装置,在图示状态下,开始做实验,该同 学有装置和操作中的主要错误是:(至少三项)____

?(1)①长木板右端未垫高以平衡摩擦力 ②电源应改用交流电源 ③牵引小车的细线不与木板平行 ④开始实验时,小车离打点计时器太远

正常

不满足沙和沙桶质量 不满足沙和沙桶质量 m <<小车质量M条件 m <<小车质量M条件

未平衡摩擦力或 倾角过小(如: 未取下沙桶)

平衡摩擦力倾角 过大(如:未轻 推小车)

同左下图

6.误差分析
偶然误差: 测长度、作图线 系统误差: 将盘和盘中砝码的总质量m当作小 车的合外力,使小车的合外力偏大 平衡摩擦力

m<<M
7.实验改进: (1)传感器测细绳的拉力 (2)以小车和砝码、砝码盘和砝码组成的整体为研 究对象 (操作方法唔同)

【例1 】

撤去砝码盘前:

Mg sin ? ? ?Mg cos ? ? mg ? 0
撤去砝码盘后: 无系统误差, 无需满足 m<<M条件

F合 ? Mg sin ? ? ?Mg cos ? ? mg

T

T

T

T
?2

a?

[(7.75 ? 8.64) ? (6.00 ? 6.87)] ?10 (2T )
2

?

[(7.75 ? 8.64) ? (6.00 ? 6.87)] ?10 (2 ? 0.1)
2
2

?2

? 0.88m / s

a?

mg ? m盘 g M

K=1/M

若F=mg+m盘g, 则图线为直线 且过原点 若F=mg, 则图线为直线 且与纵轴有交点

-m盘g m盘g/M

a?

1 M

F?

m盘 g M

跟踪训练 (1)在安装实验装置 时,应调整滑轮的 高度,使 细线与轨道平行 ________________; 同时轨道应适当 倾斜 ______________, 匀速直线 运动 使小车在不挂砝码盘时恰好在轨道上做_____________, 以平衡摩擦力. (2)在实验时,为减小系统误差,应使砝码盘和砝码的 远小于 总质量____________小车的质量(选填“远大于”、 “远小于”或“等于”).

(3)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: L=1/2at2,两小车运动时间相等 ,因此a与L成正比 ________________________________________________. 两小车质量 要验证加速度与力成正比时,应使__________相同且不 砝码盘中 变,而改变__________. 砝码质量 砝码盘中 砝码质量 要验证加速度与质量成反比时,应使__________相同且 两小车质量 不变,而改变__________.

d 【例2 】 d 0.52 Δt1 Δt2 (1) d=________cm. v1=___________,v2=________,
d 2 d 2 ( ) -( ) Δt2 Δt1 2s a=_________________.

在合外力不变的情况下,在误差允许的 范围内,物体运动的加速度跟物体的质 量成反比。 (2) 结论是____________________________________________. (3) 作出相应图象.
a? F m ?F? 1
3

a/(m·-2) s

m
2
1 0 1

连成过原点的 直线,并延长。

1/m
2
3

4

(Kg- 1)


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