16 验证牛顿第二定律

验证牛顿第二定律

命题人：孙运平 编号:21 姓名 完成时间

【考点知识解读】

一、实验原理

1．如图3-3-1所示装置，保持小车质量M 不变，改变小桶内砂的质量m ，从而改变细线对小车的牵引力F (当m<

2．保持小桶和砂的质量不变，在小车上加减砝码，改变小车的质量M ，测出小车的对应加速度a ，由多组a 、

M 数据作出加速度和质量倒数的关系a-M -1图线，验证加速度是否与质量成反比. 二、实验中的注意事项

1．砂和小桶的总质量要远远小于小车和砝码的总质量.

在实验中一定要使重物的质量远小于小车和砝码的质量，目的是减小本实验原理导致的系统误差.在小车加速运动时，重物不可能是平衡的（如图3-3-2所示），它具有与小车同样大小的加速度.设车与重物的加速度大小均为a ，绳对车和重物的拉力大小为T.

对重物有 m 重物-T=m 重物a 对车有 T=M 车+砝码a

所以 T=

g M m M m 砝码

车重物砝码

车重物+++

因此，在探究加速度与合外力的关系时，若在实验中把所挂重物的重力当成作用于小车上的合外力，会作出如图6-2-18所示的a-F 图象，从图中可以看出，F 较大（所挂重物质量较大）时，a 与F 不成正比.

只有重物质量远小于车和砝码的总质量时，有

1≈+++砝码

车重物砝码

车M m M ，此时有T≈m 重物g ，可以近似地认为细

绳对小车的牵引力等于重物的重力.

2．在平衡摩擦力时，不要悬挂小桶，但小车应连着纸带且接通电源.用手给小车一个初速度，如果在纸带上打出的点的间隔是均匀的，表明小车受到的阻力跟它的重力沿斜面向下的分力平

衡.

3．作图时应该使所作的直线通过尽可能多的点，不在直线上的点也要尽可能对称地分布在直线的两侧，但如遇个别特别偏离的点可舍去.

【基础知识应用】

例1 为了更直观地反映物体的加速度a 与物体质量m 的关系，往往用二者的关系图象表示出来，该关系图象应选用（ ） A ．a-m 图象

B ．m-a 图象

C ．m

a 1

-图象 D ．

a m

-1

图象

变式1 在“探究加速度与作用力的关系”的实验中，有位同学按照图3-3-6的装置（将长木板平放在水平桌面上）做五次实验.他在做第一次实验时，钩码总质量为m ，小车质量M=30m ，

以后每次增加一个钩码，这五次实验中，若用钩码的总重力表示绳子的拉力F ，则第 次实验的误差较大；按这五组数据画出的a-F 图像是图3-3-7中的 图；该图象存在截距的原因是 ；图线斜率的物理含义是 .

例2、在本实验中，下列说法正确的是（ ）

A 、平衡摩擦力时，小桶应用细线通过定滑轮系在小车上，但小桶内不能装沙

B 、实验中无需始终保持小车和砝码的质量远远大于沙和小桶的质量

C 、实验中如用纵坐标表示加速度，用横坐标表示小车和车内砝码的总质量，描出相应的点在一条直线上时，即可证明加速度与质量成反比

D 、平衡摩擦力时，小车后面的纸带必须连好，因为运动过程中纸带也要受到阻力

【变式训练】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3-3-8所示的实验装置，小车及车中的砝码

质量用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)当M与m的大小关系满足

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.

(2 )一组同学在先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、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＝mｇ/Ｍ求出.

（3）在保持小车及车中的砝码质量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

分别如图3-3-9中的甲、乙所示（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：

甲图：

乙图：

【巩固练习】

1．关于力和运动的关系,下列说法中正确的是

（）

A．物体的速度不断增大，表示物体必受力的作用

B．物体的位移不断增大，表示物体必受力的作用

C．物体朝什么方向运动，则这个方向上物体必受力的作用

D．物体的速度大小不变，则其所受的合力必为零

2．某两个同学用图所示的装置（图中A为小车，B为带滑轮的长木

板，C为水平桌面），分别在《探究加速度与外力间的关系》实

验中，各自得到的图象如图中甲和乙所示，则出现此种现象的原

因甲是，

乙是．3．某同学在做“当外力一定时，加速度和质量的关系”的

实验时，得到下表中的实验数据：

（1）请使用a-1/m图象来处理这些数据，并说明为什么不用

a-m图象来处理数据。

（2）根据作出的图象，可以得到的结论是小车的加速度与

它的．

4．在保持质量不变时加速度与物体受力间关系的实验中，小车质量M和砝码质量m分别选取下列四组值．A．M=500g，m分别为50g、70g、100g、125g；B．M=500g，m分别为20g、30g、40g、50g；C．M=200g，m分别为50g、75g、100g、125g；D．M=200g，m分别为30g、40g、50g、60g。若其它操作都正确，那么在选用组值测量时所画出的图线较准确．在选用此组值，m取g时实验误差较大．

5、(09潍坊模拟)如图3-3-10(甲)所示，在“用DIS系统测量小车加速度” 的实验中，将长为1m的水平轨道一端垫高10cm形成斜面.从斜面顶端由静止释放质量为kg

5.0的小车后，得到图3-3-10（乙）所示的v-t图象(小车与轨道末端碰撞后立刻停下)，取g=10 m/s2则

(1)小车的加速度大小为 m/s2；

(2)小车受到的平均阻力大小为

N.

6.(2009江苏11). “探究加速度与物体质量、物体受力的关系”的实验装置如图甲所示.

在平衡小车与桌面之间摩擦力的过程中，打出了一条纸袋如图乙所示。计时器大点的时间间隔为0.02s.从比较清晰的点起，每5个点取一个计数点，量出相邻计数点之间的距离。该小车的加速度a=______m/s2.（结果保留两位有效数字）

甲

乙

图

3-3-11