修正過(guò)的探究牛頓第二定律

探究牛頓第二定律探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系探究牛頓第二定律的實(shí)驗(yàn)方法【實(shí)驗(yàn)方法】——控制變量法1.保持質(zhì)量m不變，探究加速度a與合外力F的關(guān)系；2.保持合外力F

不變，探究加速度a與質(zhì)量m的關(guān)系；m一定時(shí)a∝FF一定時(shí)a∝1m—【實(shí)驗(yàn)結(jié)論】實(shí)驗(yàn)裝置圖實(shí)驗(yàn)器材實(shí)驗(yàn)器材小車、天平、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器（學(xué)生電源、導(dǎo)線）、紙帶、刻度尺、一端帶滑輪的長(zhǎng)木板、細(xì)線、砝碼、小桶、砂、墊木1、小車質(zhì)量的測(cè)量用

。天平2、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的用途是：打出紙帶，測(cè)量計(jì)算小車的加速度。某同學(xué)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)定加速度，在得到的紙帶上選取七個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)（相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有四個(gè)點(diǎn)未畫出）,如圖所示，圖中x1=4.81cm，x2=5.29cm,x3=5.76cm，x4=6.25cm，x5=6.71cm，x6=7.21cm。已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用交流電頻率為50Hz，求加速度的大小ABCDEFGx1x2x3x4x5x6紙帶分析1：描點(diǎn)連線畫速度圖象求加速度圖中x1=4.81cm，x2=5.29cm,x3=5.76cm，x4=6.25cm，x5=6.71cm，x6=7.21cmVc=VD=VE=VF=ABCDEFGx1x2x3x4x5x60t/sv/m/s0.550.70200.30.10.2250.600.65時(shí)刻t/s速度v/（m/s）00.550.10.600.20.650.30.70原理：a=△V/△t紙帶分析2：逐差法求加速度（偶數(shù)組）

x1=4.81cm，x2=5.29cm,x3=5.76cm，x4=6.25cm，x5=6.71cm，x6=7.21cm。Δx1=x4-x1=3a1

T2a1=（x4-x1）

/3T2Δx2=x5–x2=3a2

T2a2=（x

5–x2）

/3T2Δx3=x6–x3=3a3

T2a3=（x6–x3）

/3T2ABCDEFGx1x2x3x4x5x6確定合外力FF合＝T－f繩的拉力與小桶和砂的總重力相等嗎？TT小于mg，當(dāng)M>>m時(shí)，T近似等于mgf=

μFNf確定合外力FF合＝T－fF合＝T

＝m桶+砂g

如圖所示，放在光滑水平桌面上的物體M，通過(guò)穿過(guò)定滑輪的繩和吊在桌面上的物體m相連．求繩子的拉力大小。

mgT1F合F合MgFNT2T1＝T2a1=a2T2=Ma2mg-T1=ma1mg-T=maT=MaMmT小于mg，當(dāng)M>>m時(shí)，T近似等于mgθ如圖一個(gè)木塊正在傾角為θ為的三角斜面上勻速下滑，試求斜面的動(dòng)摩擦因數(shù)。

如果此時(shí)給物體加上一個(gè)沿斜面向下的力F，那物體現(xiàn)在受到的合外力是多少？θFNGcosθGsinθG

fV思考：如何用實(shí)驗(yàn)的方法實(shí)現(xiàn)這一目的？（使f和Gsin?相等，從而使物體所受的合外力就等于沿斜面向下的力）T如何通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)平衡摩擦力并檢驗(yàn)?zāi)Σ亮κ欠裾嬲黄胶獾簦?/p>

將長(zhǎng)木板的一端用墊木墊高，直至小車能在斜面上勻速下滑為止。如何檢驗(yàn)?zāi)Σ亮φ嬲黄胶獾?？讓小車拖?dòng)紙帶在斜面上下滑，根據(jù)紙帶上的點(diǎn)是否均勻即可判斷。特別注意：此過(guò)程不掛小桶。思考：若改變小車的質(zhì)量，是否需要重新平衡摩擦力？實(shí)驗(yàn)探究數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)采集1在上述實(shí)驗(yàn)的每條紙帶上都選取一段比較理想（一般舍頭去尾）的部分，選擇計(jì)數(shù)點(diǎn)，測(cè)量相應(yīng)的位移，計(jì)算打每條紙帶的加速度ai(i=1、2、……)，并記錄在表格中小車質(zhì)量M=kg次數(shù)牽引力F/NF=m小桶+砂g加速度a/（m/s2）12345加速度a

與合外力F

的關(guān)系保持物體質(zhì)量不變，改變物體所受外力，分析加速度a與外力F的關(guān)系實(shí)驗(yàn)探究數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)分析2用縱坐標(biāo)表示加速度a，橫坐標(biāo)表示牽引力F作a—F

圖象次數(shù)牽引力F/N加速度a123450.200.300.400.500.600.300.100.150.210.26F/Na/m·s－200.100.200.300.400.200.400.60a—F

圖象是一條過(guò)原點(diǎn)的傾斜直線說(shuō)明：在質(zhì)量一定時(shí)，a與合外力

成反比實(shí)驗(yàn)探究數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)采集1在上述實(shí)驗(yàn)的每條紙帶上都選取一段比較理想（一般舍頭去尾）的部分，選擇計(jì)數(shù)點(diǎn)，測(cè)量相應(yīng)的位移，計(jì)算打每條紙帶的加速度ai(i=1、2、……)，并記錄在表格中牽引力F=N次數(shù)小車質(zhì)量m

=小車+砝碼Kg加速度a/m·s－212345加速度a

與物體的質(zhì)量m的關(guān)系保持小車所受合外力不變，改變小車的質(zhì)量m，分析加速度a與質(zhì)量m的關(guān)系a0實(shí)驗(yàn)探究數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)分析2次數(shù)小車質(zhì)量m加速度a12345問(wèn)題1a—m

為曲線能否說(shuō)明a與m成反比？問(wèn)題2如何進(jìn)一步研究？ma0mm1實(shí)驗(yàn)結(jié)論3a—圖象是一條過(guò)原點(diǎn)的傾斜直線1—m說(shuō)明：在合外力一定時(shí)，a與m成反比a反比于ma正比于1/m實(shí)驗(yàn)步驟:1．用調(diào)整好的天平測(cè)出小車和小桶的質(zhì)量M和m，把數(shù)據(jù)記錄下來(lái)。2．按如圖裝置把實(shí)驗(yàn)器材安裝好，只是不把掛小桶用的細(xì)線系在小車上，即不給小車加牽引力。3．平衡摩擦力：在長(zhǎng)木板的不帶定滑輪的一端下面墊上墊塊，反復(fù)移動(dòng)墊塊的位置，直至小車在斜面上運(yùn)動(dòng)時(shí)可以保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)（可以從紙帶上打的點(diǎn)是否均勻來(lái)判斷）。4．在小車上加放砝碼，小桶里放入適量的砂，把砝碼和砂的質(zhì)量M'和m'記錄下來(lái)。把細(xì)線系在小車上并繞過(guò)滑輪懸掛小桶,接通電源,放開(kāi)小車,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一系列點(diǎn),取下紙帶,在紙帶上寫上編號(hào).5．保持小車的質(zhì)量不變，改變砂的質(zhì)量（要用天平稱量），按步驟4再做5次實(shí)驗(yàn)。6．算出每條紙帶對(duì)應(yīng)的加速度的值。7．用縱坐標(biāo)表示加速度a，橫坐標(biāo)表示作用力F，即砂和桶的總重力(m+m')g，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果在坐標(biāo)平面上描出相應(yīng)的點(diǎn)，作圖線。若圖線為一條過(guò)原點(diǎn)的直線，就證明了研究對(duì)象質(zhì)量不變時(shí)其加速度與它所受作用力成正比。8．保持砂和小桶的質(zhì)量不變，在小車上加放砝碼，重復(fù)上面的實(shí)驗(yàn)，并做好記錄，求出相應(yīng)的加速度,用縱坐標(biāo)表示加速度a，橫坐標(biāo)表示小車和車內(nèi)砝碼總質(zhì)量的倒數(shù),在坐標(biāo)平面上根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果描出相應(yīng)的點(diǎn)并作圖線，若圖線為一條過(guò)原點(diǎn)的直線,就證明了研究對(duì)象所受作用力不變時(shí)其加速度與它的質(zhì)量成反比。【注意事項(xiàng)】1.一定要做好平衡摩擦力的工作,也就是調(diào)出一個(gè)合適的斜面,使小車的重力沿著斜面方向的分力正好平衡小車受的摩擦阻力.在平衡摩擦力時(shí),不要把懸掛小盤的細(xì)線系在小車上,即不要給小車加任何牽引力,并要讓小車拖著打點(diǎn)的紙帶運(yùn)動(dòng).2.實(shí)驗(yàn)步驟2、3不需要重復(fù),即整個(gè)實(shí)驗(yàn)平衡了摩擦力后,不管以后是改變小盤和砝碼的總質(zhì)量還是改變小車和砝碼的總質(zhì)量,都不需要重新平衡摩擦力.3.每條紙帶必須在滿足小車與車上所加砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)大于小盤和砝碼的總質(zhì)量的條件下打出.只有如此,小盤和砝碼的總重力才可視為小車受到的拉力.4.改變拉力和小車質(zhì)量后,每次開(kāi)始時(shí)小車應(yīng)盡量靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,并應(yīng)先接通電源,再放開(kāi)小車,且應(yīng)在小車到達(dá)滑輪前按住小車.

5.作圖象時(shí),要使盡可能多的點(diǎn)分布在所作直線上,不在直線上的點(diǎn)應(yīng)盡可能對(duì)稱分布在所作直線兩側(cè).6.實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，紙帶、細(xì)線應(yīng)與長(zhǎng)木板平行。7.為提高測(cè)量精度

(1)應(yīng)舍掉紙帶上開(kāi)頭比較密集的點(diǎn),在后邊便于測(cè)量的地方找一個(gè)起點(diǎn).(2)可以把每打五次點(diǎn)的時(shí)間作為時(shí)間單位,即從開(kāi)始點(diǎn)起,每五個(gè)點(diǎn)標(biāo)出一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),而相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為T=0.1s.【誤差分析】1.質(zhì)量的測(cè)量誤差,紙帶上打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)間隔距離的測(cè)量誤差,拉線或紙帶不與木板平行等都會(huì)造成誤差.2.因?qū)嶒?yàn)原理不完善造成誤差本實(shí)驗(yàn)中用小盤和砝碼的總重力代替小車受到的拉力(實(shí)際上小車受到的拉力要小于小盤和砝碼的總重力),存在系統(tǒng)誤差.小盤和砝碼的總質(zhì)量越接近小車的質(zhì)量,誤差就越大;反之,小盤和砝碼的總質(zhì)量越小于小車的質(zhì)量,誤差就越小.3.平衡摩擦力不準(zhǔn)造成誤差在平衡摩擦力時(shí),除了不掛小盤外;其他的都跟正 式實(shí)驗(yàn)一樣(比如要掛好紙帶,接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器),勻速運(yùn)動(dòng)的標(biāo)志是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶上各點(diǎn)的距離相等.在探究加速度與物體所受合外力和質(zhì)量間的關(guān)系時(shí),采用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置，小車及車中的砝碼質(zhì)量用M表示，盤及盤中的砝碼質(zhì)量用m表示，小車的加速度可由小車后拖動(dòng)的紙帶由打點(diǎn)計(jì)數(shù)器打上的點(diǎn)計(jì)算出：(1)當(dāng)M與m的大小關(guān)系滿足

時(shí)，才可以認(rèn)為繩子對(duì)小車的拉力大小等于盤和砝碼的重力。紙帶m打點(diǎn)計(jì)數(shù)器Mm<<M（2）一組同學(xué)在先保持盤及盤中的砝碼質(zhì)量一定,探究做加速度與質(zhì)量的關(guān)系,以下做法錯(cuò)誤的是:()A．平衡摩擦力時(shí)，應(yīng)將盤及盤中的砝碼用細(xì)繩通過(guò)定滑輪系在小車上

B．每次改變小車的質(zhì)量時(shí)，不需要重新平衡摩擦力

C．小車釋放前應(yīng)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,且應(yīng)先接通電源再釋放小車C圖：

，D圖：

。0FaC0FaDAC平衡摩擦力時(shí)，長(zhǎng)木板的傾角過(guò)大了沒(méi)有平衡摩擦力或木板的傾角過(guò)小（3）在保持小車及車中的砝碼質(zhì)量質(zhì)量M一定，探究加速度與所受合外力的關(guān)系時(shí)，由于平衡摩擦力時(shí)操作不當(dāng)，二位同學(xué)得到的a―F關(guān)系分別如下圖C、D所示(a是小車的加速度.F是細(xì)線作用于小車的拉力)。其原因分別是：Fa0a0mm11、要平衡小車的摩擦力;2、拉小車的鉤碼質(zhì)量應(yīng)遠(yuǎn)小于小車