2014.01.19 17:04
牛顿第二定律实验是高中生接触到的第一个困难实验。 本文系统地为同学们做了详细的讲解。
(一)牛顿第二定律实验目的和原理实验目的
验证牛顿第二定律：当物体质量一定时，加速度与力成正比； 当力恒定时，加速度与质量成反比。
实验原理：利用沙子和沙斗加速小车穿过细线的运动，利用控制变量方法研究以上两组关系。
如图4-6所示，通过适当调整，忽略小车上的阻力。 当M和m加速时，我们可以得到
当M>>m时，可近似认为小车受到的拉力T等于mg；
本实验第一部分，保持汽车质量不变，改变m的大小，测量对应的a，验证a与F的关系；
第二部分保持m不变，改变M的大小，测量小车运动的加速度a，验证a与M之间的关系。
(二)实验设备
电磁打点定时器、纸带和复印纸、低压交流电源、两根电线、手推车、一端带滑轮的长木板、薄木板、小水桶、绳子、沙子、天平、秤、砝码。
(3)实验流程及设备调整
(1)用天平测量台车、铲斗、沙子的质量M、m，并记录数值；
(2)安装如图4-7所示的实验设备；
(3)平衡摩擦力：在没有滑轮的长木板一端垫一块薄木板，反复移动其位置，直到其后面的纸带连接好，没有沙桶的小车刚好保持匀速移动为止。在斜坡上；
(4)用绳子将砂桶绑在小车上，打开电源松开小车使小车移动，用纸胶带记录小车的移动情况，撕下纸胶带，并在上面标记数字纸胶带；
(5) 保持小车质量不变，改变砂桶内砂量(确保M>>m)，重复步骤(4)。 每次记录必须在相应的纸带上进行标记，记录的数据将记录在表中。 填写表格;
(6)建立坐标系，纵坐标表示加速度，横坐标表示力。 在坐标系上画点，并绘制相应的图形，验证Ni与F的关系；
(7) 保持沙子和小桶的质量不变，改变小车的质量（增加或减少小车上的重量），重复上述步骤（5）和（6），验证a和a之间的关系中号；
（四）操作注意事项
(1)在牛顿第二定律实验中牛顿第二定律，必须通过在长木板的一端适当的位置垫上垫子来平衡摩擦力。 位置确定后，倾角不可更改；
（2）改变m、M大小时，每次开始放车时，应尽量接近打点定时器，并先接通电源，再放车；
(3) 每次用纸带确定a时，应求解其平均加速度；
(5)数据处理及误差分析
(1) 本实验原理中，T=
,
可见每次实验都必须要求M>>m。 只有这样牛顿第二定律，拖拉机的牵引力才能约等于沙子和沙斗的重力；
(2)平衡摩擦力时，缓冲物体的位置必须合适。 长木板形成的倾斜角度既不能太大也不能太小。 同时，每次改变M时，不应再次平衡摩擦力；
(3)验证a与M的关系时，绘图时横轴应表示为l/M，以便使形象更直观；
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