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1、实验《验证牛顿第二定律》（高考必考）
一、实验目的：本实验的研究对象是小车，因此本实验的目的就是通过实验来验证小车产 生的加速度大小是否真的是与小车受到的合力大小成正比，与小车的质量成反比。
二、实验方法：控制变量法（即先保持小车的质量不变，验证小车的加速度是否与它受到 的合力成正比；再保持小车所受的合力不变，验证小车的加速度是否与它的质量成反比），
实验装置如图所示
三、 实验应满足的条件：
1、怎样测量小车受到的合力？本实验是直接将砝码砝码的重量作为小车所受到的合力的。 这此必须满足以下两个条件：
本来小车在水平方向受到的力有绳子的拉力和木板的摩擦力，但要直接测量拉力和摩擦 力
2、很困难，因此本实验是直接将砝码盘和砝码的重量作为小车所受到的合力，为此做本实 验必须满足如下两个条件：（1）须平衡掉小车所受到的摩擦力（平衡摩擦力的方法是：在 不挂上砝码盘和砝码的情况下，将垫在长木板下的小木垫反复移动，直到轻推一下小车， 小车恰能匀速下滑为止）（2）小车的质量M要远远大于砝码盘和砝码的质量m,即M>>m。
2、怎样测量小车的加速度？用打点计时器来测量。
四、 实验步骤与数据处理方法：
（一） 先保持小车的质量不变，验证加速度是否与合力成正比
1、 用天平测出小车的质量M和砝码盘、砝码的总质量m；
2、 平衡摩擦力：在不挂上砝码盘和砝码的情况下，将垫在长木板下的小木垫
3、反复移动，直 到轻推一下小车，小车恰能匀速下滑为止。平衡摩擦力只需做一次，不需每次都要平衡 摩擦力。
3、 挂上砝码盘和砝码，让小车紧靠打点计时器，先接通电源，再释放小车，让打点计时器 在纸上打出一系列点，取下纸带并在纸带上标上该纸带的号码。
4、 保持小车的质量M不变，改变小车所受到的合力（即改变砝码盘和砝码的质量）再重 复上述步骤
5、 记录出每次实验时小车所受到的合力，并通过纸带用逐差法计算出小车相应的加速度
6、 将每次测到的小车受到的合力F与小车的加速度a在a—F图上描点，看能否作出一 条过原点的倾斜直线，若是表明a与F成正比。
（作图线的方法：使尽量多的点落在一条直线上，
4、个别点分布在该直线的两侧，极个别偏 离直线较远的点可去掉）
（二） 保持小车所受的合力不变，验证小车的加速度是否与它的质量成反比。 步骤的前3步与上述相同。只是第4步改为：保持小车所受的合力不变，通过不断在小车 上面加上砝码的方法来改变小车的质量。
五、 实验误差分析：
1、若根据实验数据描点后作出的图象如图1所示，原因是：平衡摩擦力时长木板的倾角过 大；
2、若根据实验数据描点后作出的图象如图2所示，原因是：没有平衡摩擦力或平衡摩擦力 时第木板被垫起的倾角过小
精选练习题
1．在探究加速度与物体所受合外力和质量间的关系时,采用如图所示的实验装置，小 车及车中的祛码质量
5、用M'表示，盘及盘中的砝码质量用m、表示，小车的加速度可 由小车后拖动的纸带由打点计数器打上的点计算出：
(1) 实验时首先要进行的步骤是——————————————————，具体方法是———————————
(2) 只有当M与m的大小关系满 时，才可以认为绳子对
小车的拉力大小等于盘和砝码的重力。
m
图5
(3) 一组同学保持盘及盘中的砝码质量一定，探究做加速度与质量的关系，以下做法错误
的是：
A. 平衡摩擦力时，应将盘及盘中的砝码用细绳通过定滑轮系在小车上
B. 每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力
C. 实验时，先放开小车，再接通打点计时器电源
D.
6、 小车运动的加速度可用天平测出m'以及小车质量M,直接用公式a=m' g/M求出。
(4) 在保持小车及车中的砝码质量质量M一定，探究加速度与所受合外力的关系时，由于 平衡摩擦力时操作不当，二位同学得到的a ―― F关系分别如下图C、D所示(a是小车 的加速度，F是细线作用于小车的拉力)。其原因分别是：
C图：
D图：
(5)某同学做该实验时打出如图A所示的
一条纸带，则小车的加速度的表达式为
(6)乙、丙同学用同一装置实验，画出a-F图象如图B (b)所示，说明两个同学做实验时的哪一个 物理量取值不同？并比较其大小。
料―—K S«平S5平S6
〈ABCD E F G
7、
2、在探究加速度与物体质量、物体受力的关系实验中，实验装置如图乙所示：一木块放在 水平光滑长木板上，左侧拴有一不可伸长的细软线，跨过固定在木板边缘的滑轮与一重物 相连，重物的质量为m •木块右侧与穿过打点计时器的纸带相连，在重物牵引下，木块在木 板上向左做匀加速运动.图甲给出了打点计时器在纸带上打出的一些连续的点，它们之间的 距离分别为耳、S2、S3、S4、S5、S6,打点计时器所用交流电周期为T.根据给以上数据求：
(1) 木块的加速度a= •
(2) 设长木板光滑，若牛顿第二定律成立，则细线对木块的拉力为
F= •
(3) 若长木板不光滑，为了减少误差
8、，你认为应采取什么措施？
图十一
3、某同学设计了一个探究加速度与物体所受合力F及质量m的关系实验•如图(a)为 装置简图，A为小车，B为打点计时器，C砝码，D为一端带有定滑轮的长方形
0
木板，实验中认为细绳对小车拉力F等于祛码的总重量，小车运动加速度a可用纸带上点 求得：
电源插头
纸带运动方向严
⑴图(b)为某次实验得到的纸带(交流电的周期为TO. 02S,试由图中数据求出小车加速 度值为( )
⑵保持砂和砂桶质量不变，改变小车质量m,分别得到小车加速度a与质量m及对应
的丄数据如下表:
m
定量关系式是 .
(3)保持小车质量不变，
9、改变砝码的重量，该同学根据实验数据作出了加速度a与合力 F图线，如图(d)所示，该图线不通过原点，明显超出偶然误差范围，其主要原因是
4、和打点计时器一样，光电计时器也是一种研究物体运动情况的常用计时仪器，其结构如 图甲所示，a、b分别是光电门的激光发射和接收装置，当有物体从a、b间通过时，光 电计时器就可以显示物体的挡光时间.现利用如图乙所示的装置测量滑块和长1 m左右 的木板间的动摩擦因数，图中MN是水平桌面，Q是木板与桌面的接触点，1和2是固定 在木板上适当位置的两个光电门，与之连接的两个光电计时器没有画出. 此外，在木板 顶端的P点还悬挂着一个铅锤.让滑块d从木板的顶端滑下,光电门1、2各自连接的计 时器显示的挡光时间分别为2.5X10-2 s和1.0X10-2S，小滑块d的宽度为0.5 cm. (1)滑块通过光电门1的速度V]= m/s,滑块通过光电门2的速度v2= m/s.
⑵已知当地的重力加速度为g，V],v2和两个光电子之间的距离为L已知，用提供的米尺测 出P点到桌面高度h；重锤在桌面上所指的点与Q点的距离a,动摩擦因数的表达式“ = (用字母表示).
实验《验证牛顿第二定律》学习指导
