2014.01.19 17:04
牛頓第二定律實驗是高中生接觸到的第一個困難實驗。 本文系統地為同學們做了詳細的講解。
(一)牛頓第二定律實驗目的和原理實驗目的
驗證牛頓第二定律：當物體質量一定時，加速度與力成正比； 當力恒定時，加速度與質量成反比。
實驗原理：利用沙子和沙斗加速小車穿過細線的運動，利用控制變量方法研究以上兩組關系。
如圖4-6所示，通過適當調整，忽略小車上的阻力。 當M和m加速時，我們可以得到
當M>>m時，可近似認為小車受到的拉力T等于mg；
本實驗第一部分，保持汽車質量不變，改變m的大小，測量對應的a，驗證a與F的關系；
第二部分保持m不變，改變M的大小，測量小車運動的加速度a，驗證a與M之間的關系。
(二)實驗設備
電磁打點定時器、紙帶和復印紙、低壓交流電源、兩根電線、手推車、一端帶滑輪的長木板、薄木板、小水桶、繩子、沙子、天平、秤、砝碼。
(3)實驗流程及設備調整
(1)用天平測量臺車、鏟斗、沙子的質量M、m，并記錄數值；
(2)安裝如圖4-7所示的實驗設備；
(3)平衡摩擦力：在沒有滑輪的長木板一端墊一塊薄木板，反復移動其位置，直到其后面的紙帶連接好，沒有沙桶的小車剛好保持勻速移動為止。在斜坡上；
(4)用繩子將砂桶綁在小車上，打開電源松開小車使小車移動，用紙膠帶記錄小車的移動情況，撕下紙膠帶，并在上面標記數字紙膠帶；
(5) 保持小車質量不變，改變砂桶內砂量(確保M>>m)，重復步驟(4)。 每次記錄必須在相應的紙帶上進行標記，記錄的數據將記錄在表中。 填寫表格;
(6)建立坐標系，縱坐標表示加速度，橫坐標表示力。 在坐標系上畫點，并繪制相應的圖形，驗證Ni與F的關系；
(7) 保持沙子和小桶的質量不變，改變小車的質量（增加或減少小車上的重量），重復上述步驟（5）和（6），驗證a和a之間的關系中號；
（四）操作注意事項
(1)在牛頓第二定律實驗中牛頓第二定律，必須通過在長木板的一端適當的位置墊上墊子來平衡摩擦力。 位置確定后，傾角不可更改；
（2）改變m、M大小時，每次開始放車時，應盡量接近打點定時器，并先接通電源，再放車；
(3) 每次用紙帶確定a時，應求解其平均加速度；
(5)數據處理及誤差分析
(1) 本實驗原理中，T=
,
可見每次實驗都必須要求M>>m。 只有這樣牛頓第二定律，拖拉機的牽引力才能約等于沙子和沙斗的重力；
(2)平衡摩擦力時，緩沖物體的位置必須合適。 長木板形成的傾斜角度既不能太大也不能太小。 同時，每次改變M時，不應再次平衡摩擦力；
(3)驗證a與M的關系時，繪圖時橫軸應表示為l/M，以便使形象更直觀；
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