验证牛顿第二定律实验.ppt

一、实验目的一、实验目的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：利用砝码和小盘通过细线牵引小车做加速运动的方法，采用控制变量法利用砝码和小盘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上述两组关系研究上述两组关系当当M m时，可认为时，可认为FmgMmMgfFMgcosaFnMgsinamgF三实验器材三实验器材打点计时器、纸带、复写纸片、小车、打点计时器、纸带、复写纸片、小车、一端附有定滑轮的长木板，小盘、砝一端附有定滑轮的长木板，小盘、砝码、夹子、细绳、低压交流电源、导码、夹子、细绳、低压交流电源、导线、天平线、天平(带有一套砝码带有一套砝码)、刻度尺、刻度尺纸带作用：纸带作用：天平作用：天平作用：用逐差法测量小车加速度用逐差法测量小车加速度测量小车和小盘质量测量小车和小盘质量四、实验步骤四、实验步骤1用天平测出小车和小盘的质量用天平测出小车和小盘的质量M和和m，把数值记录，把数值记录 下来下来2按照如图按照如图331所示装置把实验器材安装好，只是不所示装置把实验器材安装好，只是不 把悬挂小盘的细线系在小车上把悬挂小盘的细线系在小车上(即不给小车加牵引力即不给小车加牵引力)图图3313平衡摩擦力：在长木板的不带定滑轮的一端下面垫平衡摩擦力：在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上上 一块薄木块，反复移动木板的位置，直至一块薄木块，反复移动木板的位置，直至拖着纸带拖着纸带的的小车在斜面小车在斜面 上运动时可以保持上运动时可以保持 状态，判状态，判断依据是：断依据是：4把细绳系在小车上并绕过滑轮悬挂小盘，把细绳系在小车上并绕过滑轮悬挂小盘，再再放开小车，打点计时器在纸带上打下一系列的放开小车，打点计时器在纸带上打下一系列的 点打点完成后切断电源，取下纸带，在纸带上标上点打点完成后切断电源，取下纸带，在纸带上标上 纸带号码纸带号码匀速直线运动匀速直线运动纸带上两点间距离都相等纸带上两点间距离都相等。先接通电源先接通电源5保持小车及车内砝码的质量不变，在小盘内放入质量保持小车及车内砝码的质量不变，在小盘内放入质量 为为m的砝码，重复步骤的砝码，重复步骤4.在小盘内分别放入质量为在小盘内分别放入质量为 m，的砝码，再重复步骤的砝码，再重复步骤4.m，m的数值都要记录的数值都要记录在纸带上在纸带上(或表格内或表格内)6在每条纸带上都选取一段比较理想的部分，标明计数在每条纸带上都选取一段比较理想的部分，标明计数 点，测量计数点间的距离，算出每条纸带上的加速度点，测量计数点间的距离，算出每条纸带上的加速度 的的值值7用纵坐标表示加速度，横坐标表示力，根据实验结果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在坐标平面上画出相应的点8保持砝码和小盘的质量不变，在小车上依次加砝码保持砝码和小盘的质量不变，在小车上依次加砝码(也也 需作好记录需作好记录)，重复上述步骤，用纵坐标表示加速度，重复上述步骤，用纵坐标表示加速度a，横坐标表示小车砝码总质量的倒数，横坐标表示小车砝码总质量的倒数，根据实验结果根据实验结果 在坐标平面上画出相应的点在坐标平面上画出相应的点五、数据处理五、数据处理1把小车在不同力作用下产生的加速度填在下表中：把小车在不同力作用下产生的加速度填在下表中：实验次实验次数数加速度加速度a/(ms2)小车受力小车受力F/N1234结论：结论：斜率代表：斜率代表：小车总质量的倒数小车总质量的倒数小车的小车的a与合外力与合外力F成正比成正比2把不同质量的小车在相同力作用下产生的加速度填把不同质量的小车在相同力作用下产生的加速度填 在下表中：在下表中：实验次实验次数数加速度加速度a/(ms2)小车质量小车质量M/kg1234结论：结论：斜率代表：斜率代表：小车的合外力或绳子的拉力小车的合外力或绳子的拉力小车的小车的a与与M成成反比反比六六.误差分析误差分析偶然误差：偶然误差：1.1.质量的测量误差质量的测量误差,纸带上打点计时器打点间纸带上打点计时器打点间 隔距离的测量误差隔距离的测量误差,拉线或纸带不与木板平行等拉线或纸带不与木板平行等.2.2.平衡摩擦力操作不当平衡摩擦力操作不当系统误差：本实验中用小盘和砝码的总重力代替小车受到系统误差：本实验中用小盘和砝码的总重力代替小车受到 的的拉拉力力(实实际际上上小小车车受受到到的的拉拉力力要要小小于于小小盘盘和和砝砝 码码的的总总重重力力)；小小盘盘和和砝砝码码的的总总质质量量越越接接近近小小车车的的质质量量,误误差差就就越越大大;反反之之,小小盘盘和和砝砝码码的的总总质质量量越越小小于于小小车车的的质质量量,误差就越小误差就越小.由于平衡摩擦力时操作不当，二位同学得到的由于平衡摩擦力时操作不当，二位同学得到的aF关系分别如下图关系分别如下图C、D所示所示(a是小车的加速度是小车的加速度.F是细是细线作用于小车的拉力线作用于小车的拉力)。其原因分别是：。其原因分别是：C图：图：，D图：图：。0FaC0FaD平衡摩擦力时，长木板的倾角过大了平衡摩擦力时，长木板的倾角过大了没有平衡摩擦力或没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够平衡摩擦力不够或或长长木板的倾角过小木板的倾角过小试解释下面两个图象弯曲原因试解释下面两个图象弯曲原因解析解析(1)未平衡摩擦力；未平衡摩擦力；(2)应使用低压交流电源；应使用低压交流电源；(3)拉小车的细线应与木板平行；拉小车的细线应与木板平行；(4)小车应靠近打小车应靠近打点计时器；点计时器；(5)打点计时器应置于木板右端打点计时器应置于木板右端【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 B例例4：复习讲义：复习讲义69页考点一页考点一例例5：复习讲义：复习讲义70页考点二页考点二创创新新实实验验2：现现要要验验证证“当当质质量量一一定定时时，物物体体运运动动的的加加速速度度与与它它所所受受的的合合外外力力成成正正比比”这这一一物物理理规规律律。给给定定的的器器材材如如下下：一一倾倾角角可可以以调调节节的的长长斜斜面面（如如图图）、小车、计时器一个、米尺。小车、计时器一个、米尺。填填入入适适当当的的公公式式或或文文字字，完完善善以以下下实实验验步步骤骤（不不考考虑虑摩擦力的影响）：摩擦力的影响）：让小车自斜面上方一固定点让小车自斜面上方一固定点A1从静止开始下滑至斜面底端从静止开始下滑至斜面底端A2，记下所用的时间记下所用的时间t 用用米米尺尺测测量量A1与与A2之之间间的的距距离离s，则则小小车车的的加加速速度度a=_。用用米米尺尺测测量量A1相相对对于于A2的的高高h。设设小小车车所所受受重重力力为为mg，则小车所受的合外力，则小车所受的合外力F_。A1A22s/t2mgh/s 改变改变 ，重复上述测量。，重复上述测量。以以h为为横横坐坐标标，1/t2 为为纵纵坐坐标标，根根据据实实验验数数据据作作图图。如如能能得得到到一一条条过过原原点点的的直直线线，则则可可以以验验证证“当当质质量量一一定定时时，物物体体运运动动的的加加速速度度与与它它所所受受的的合合外外力力成成正正比比”这一规律。这一规律。斜面倾角（或填斜面倾角（或填h的数值）的数值）创新实验创新实验3：复习讲义：复习讲义73页第页第6题题创新实验创新实验4：复习讲义：复习讲义72页考点三例页考点三例3