8實驗：驗證牛頓第二定律

匚□《實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系》復(fù)習(xí)．實驗?zāi)康模?.學(xué)會用控制變量法探究物理規(guī)律；探究并驗證加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系；掌握利用圖象處理實驗數(shù)據(jù)的方法。二．實驗原理： 法1．探究加速度與力的關(guān)系：保持物體的質(zhì)量不變，測量物體在不同的力的作用下的加速度，設(shè)計實驗數(shù)據(jù)記錄表格并記錄，分析加速度與力的關(guān)系；2．探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系：保持物體所受的力相同，測量不同質(zhì)量的物體在該力作用下的加速度，設(shè)計實驗數(shù)據(jù)記錄表格并記錄，分析加速度與質(zhì)量的關(guān)系。三．實驗器材：打點計時器、紙帶及復(fù)寫紙片、低壓交流電源、兩根導(dǎo)線、小車、一端附有定滑輪的長木板、小桶和沙、細繩、天平（帶有一套砝碼）、刻度尺四．實驗步驟：用天平測出小車的質(zhì)量M和小桶的質(zhì)量m,把數(shù)值記錄下來；2．按實驗裝置圖把實驗器材安裝好，只是不把懸掛小桶的細繩系在小車上（即不給小車加牽引力）；3.平衡摩擦力：在長木板不帶滑輪的一端下面墊上一塊薄木板,反復(fù)移動木板的位置,直至小車在長木板上運動時保持勻速直線運動,這時小車拖著紙帶運動時受到的摩擦力恰好與小車所受的重力在斜面方向的分力平衡；把細繩系在小車上并繞過定滑輪懸掛小桶,先接通電源再放開小車,取下紙帶,在打點紙帶上標上紙帶號碼；5?保持小車的質(zhì)量不變，在小桶內(nèi)放入一定質(zhì)量m］的沙，重復(fù)步驟（4）；再不斷改變小桶內(nèi)放入的沙的質(zhì)量m2、m3、m4 ，重復(fù)步驟（4）；在每條紙帶上選取比較理想的一段，算出每條紙帶的加速度a；用縱坐標表示加速度，橫坐標表示力，根據(jù)實驗結(jié)果在坐標平面上畫出相應(yīng)的點，若這些點在一條直線上，便證明了加速度與作用力成正比；保持沙和沙桶的總質(zhì)量不變，在小車上依次加砝碼（也需做好記錄），重復(fù)上述步驟（4）和（6）,用縱坐標表示加速度，橫坐標表示小車和砝碼總質(zhì)量的倒數(shù)，在坐標平面上畫出相應(yīng)的點，若這些點在一條直線上，便證明了加速度與質(zhì)量成反比。五.實驗數(shù)據(jù)處理：1.逐差法求加速度：如圖所示，某同學(xué)在做“研究勻變速直線運動”實驗中，由打點計時器得到表示小車運動過程的一條清晰紙帶，紙帶上兩相鄰計數(shù)點的時間間隔為T=0.10s,其中S=7.05cm,S=7.68cm，S=8.33cm,S=8.95cm,S=9.61cm，S<=10.26cm，則小車運123456動的加速度的大小 m/s2（計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）■???????■L廣1S3r 卜S5T*s6xlI! A I

3．圖象法：把求出的加速度大小和對應(yīng)的力和質(zhì)量填入表格中，根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)，作出在質(zhì)量一定時加速度和力的圖象以及在力一定時加速度和質(zhì)量的倒數(shù)的圖象，從圖中看出加速度和力成正比，加速度和質(zhì)量成反比，利用圖象法能有效地減小偶然誤差，并排除實驗中的錯誤數(shù)據(jù)。六．注意事項：1.實驗中必須使沙和沙桶的總質(zhì)量遠小于小車和砝碼的總質(zhì)量；平衡摩擦力時不要掛沙桶，應(yīng)連著紙帶；平衡摩擦力后，當改變小車的質(zhì)量時不需要重新平衡摩擦力；實驗過程中一定是先接通電源后釋放小車。七．典型例題：如圖所示是某同學(xué)設(shè)計的“探究加速度a與物體所受合力F及質(zhì)量m間關(guān)系”的實驗.圖(a)為實驗裝置簡圖，A為小車，B為打點計時器，C為裝有砂的砂桶，D為一端帶有定滑輪的長方形木板，實驗中認為細繩對小車拉力F等于砂和砂桶總重力，小車運動加速度a可由紙帶求得.次數(shù)12345678小車加速度a/m?s-21.901.721.491.251.000.750.500.30小車質(zhì)量m/kg0.250.290.330.400.500.711.001.67丄(kgi)m4.003.503.002.502.001.401.000.60圖(b)為某次實驗得到的紙帶(交流電的頻率為50Hz))由圖中數(shù)據(jù)求出小車加速度值為 m/s2；保持砂和砂桶質(zhì)量不變，改變小車質(zhì)量m，分別得到小車加速度a與質(zhì)量m及對應(yīng)的丄數(shù)據(jù)如表中所示，根據(jù)m表中數(shù)據(jù)，為直觀反映F不變時a與m的關(guān)系，請在坐標紙中選擇恰當物理量建立坐標系(填在方框內(nèi))并作出圖象；保持小車質(zhì)量不變，改變砂和砂桶質(zhì)量，該同學(xué)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出了加速度a與合力F圖象如圖(d)，該圖象不通過原點，明顯超出偶然誤差范圍，其主要原因是—

8B——驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系》復(fù)習(xí)作業(yè)1.某同學(xué)用如圖甲所示的實驗裝置測量木塊和木板間的動摩擦因數(shù)。一木塊放在水平長木板上，左側(cè)拴有一細軟線，跨過固定在木板邊緣的滑輪與一重物相連，木塊右側(cè)通過紙帶與打點計時器相連。在重物的牽引下，木塊在木板上向左加速運動。圖乙給出了重物落地前，打點計時器在紙帶上打出的一些點(單位：cm)。扌為』!.4產(chǎn)刁卩"2扌為』!.4產(chǎn)刁卩"2陰"10.勢10./圖乙已知打點計時器使用的交變電流的頻率為50Hz，結(jié)合圖乙給出的數(shù)據(jù)，求出木塊運動加速度的大小為 m/s2,紙帶中P點瞬時速度大小為 m/s(計算結(jié)果均保留3位有效數(shù)字)。設(shè)重物的質(zhì)量為m,木塊的質(zhì)量為M,且線與紙帶的質(zhì)量均不計，除了木塊與木板間有摩擦外，其它部分的摩擦不計，重力加速度用g表示，若測得的加速度為a,則木塊和木板之間的動摩擦因數(shù)M的表達式為M= 。2?在探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系實驗中，小車及車中硅碼的質(zhì)量用M表示，盤及盤中硅碼的質(zhì)量用m表示，小車的加速度可由小車后拖動的紙帶由打點計時器打上的點計算出。當M與m的大小關(guān)系滿足 時，才可以認為繩對小車的拉力大小等于盤中不去碼的重力。一組同學(xué)在做加速度與質(zhì)量的關(guān)系實驗時，保持盤及盤中砝碼的質(zhì)量一定，改變小車及車中砝碼的質(zhì)量，測出相應(yīng)的加速度，采用圖象法處理數(shù)據(jù)。為了比較容易地檢查出加速度a與質(zhì)量M的關(guān)系，應(yīng)該作a與 的圖象。如下圖(a),甲同學(xué)根據(jù)測量數(shù)據(jù)做出的a-F圖線，說明實驗存在的問題是：乙、丙同學(xué)用同一裝置做實驗，畫出了各自得到的a-F圖線如下圖(b)所示，兩個同學(xué)做實驗時的哪一個物理量取值不同？

3.像打點計時器一樣，光電計時器也是一種研究物體運動情況的常見計時儀器，其結(jié)構(gòu)如圖甲如示a、b分別是光電門的激光發(fā)射和接收裝置。當有物體從a、b間通過時，光電計時器就可以顯示物體的擋光時間?，F(xiàn)利用圖乙所示裝置設(shè)計一個“探究物體運動的加速度與合外力、質(zhì)量關(guān)系的實驗，圖中NQ是水平桌面、PQ是一端帶有滑輪的長木板，1、2是固定在木板上的兩個光電門(與之連接的兩上光電計時器沒有畫出)．小車上固定著用于擋光的窄片K讓小車從木板的頂端滑下，光電門各自連接的計時器顯示窄片K的擋光時間分別為ti和t2.用游標卡尺測量窄片K的寬度d(已知L〉〉d),光電門1，2各自連接的計時器顯示的TOC\o"1-5"\h\z擋光時間分別為t「t2.則窄片K通過光電門1的速度表達式vi= .用米尺測量兩光電