详细版牛二定律实验.ppt

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【实验误差分析】
本实验除了实验仪器、实验条件、操作过程、数 据处理带来误差外，更主要是分析实验原理带来 的误差；本实验中认为：细绳的拉力等于砂和砂
桶的重力，即：T＝mg；是实验原理引起误差的
根本原因。
理论分析：设小车的质量为M、平衡摩擦力后合 外力为F、加速度为a，细绳的拉力为T、砂和砂 桶的总质量为m；
①当M一定时，a～F图像；理论上：若M一定，则a∝F， a～F图像为过原点的倾斜直线；
实际上：a＝＝＝mg，其图像为以为斜率的曲线，当m增
加时，减少，故图像向下弯曲。
②当F一定时，a～图像；理论上：若F一定，则a∝，a～
图像为过原点的倾斜直线；
实际上：a＝＝＝(mg)，以为自变量，mg不变时，其图 像为以mg为斜率的曲线，当增加时，斜率mg减少，故
作出了加速度a随拉力F的变化图线如图所示。该
图线不通过原点，其主要原因是 __________________ ．
百度文库
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例题2、如图实－3－12所示的实验装置可以探究加速度与物体质量、物体 受力的关系．小车上固定一个盒子，盒子内盛有沙子．沙桶的总质量(包括桶 以及桶内沙子质量)记为m，小车的总质量(包括车、盒子及盒内沙子质量)记 为M. (1)验证在质量不变的情况下，加速度与合外力成正比：从盒子中取出一些 沙子，装入沙桶中，称量并记录沙桶的总重力mg，将该力视为合外力F，对 应的加速度a则从打下的纸带中计算得出．多次改变合外力F的大小，每次都 会得到一个相应的加速度．本次实验中，桶内的沙子取自小车中，故系统的 总质量不变．以合外力F为横轴，以加速度a为纵轴，画出a－F图象，图象是 一条过原点的直线． ①a－F图象斜率的物理意义是 ________________________________________． ②你认为把沙桶的总重力mg当作合外力F是否合理？答：________.(填 “合理”或“不合理”) ③本次实验中，是否应该满足M≫m这样的条件？答：________(填“是” 或“否”)； 理由是 ____________________________________________________ _________． (2)验证在合外力不变的情况下，加速度与质量成反比：保持桶内沙子质量 m不变，在盒子内添加或去掉一些沙子，验证加速度与质量的关系．本次实 验中，桶内的沙子总质量不变，故系统所受的合外力不变． 用图象法处理数据时，以加速度a为纵横，应该以______倒数为横轴．
砂和砂桶的重力。
4、图像是否过原点—反映平衡摩擦力的情况。
（1）当M一定时，a～F图像；图像过原点时，表明平衡摩擦力合适， 如图①；图像与a轴截距为正数时，表明F＝0时，小车就有加速度a ＝a0，即长木板的倾角过大，如图②；图像与水平轴相交时，表明 小车加上拉力F＝F0时，其加速度a＝0，即长木板的倾角过小或没有
4、记录小车及车内所加砝码的质量；称好砂子 后将砂倒入小桶，把细绳系在小车上并绕过定滑 轮悬挂小桶；此时要调整定滑轮的高度使绳与木 板平行；接通电源，放开小车，待打点计时器在 纸带上打好点后，取下纸带，做好标记。
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5、保持小车总质量不变，改变砂的质量（均要 用天平称量），按步骤4中方法打好纸带，做好 标记。
平衡摩擦力，如图③。
（2）当F一定时，a～图像；图像过原点时，表明平衡摩擦力合适， 如图①；图像与a轴截距为正数时，表明＝0、M→∞时，小车还有加 速度a＝a0，即长木板的倾角过大，如图②；图像与水平轴相交时， 表明小车加上拉力F时，其加速度a＝0，即长木板的倾角过小或没有
平衡摩擦力，如图③。
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【注意事项】
实验中始终要求砂和砂桶的总质量（m）远小于小车和砝码的总质量 （M），一般情况下要满足10m＜M。只有这样，砂和砂桶的总重力
才能视为小车所受的拉力。 2、平衡摩擦力时不要挂小桶，但小车要挂纸带并接通打点计时器；
有两个作用：一是从纸带上打出的点子来判断小车是否匀速运动，二 是在平衡摩擦力时也要平衡振针和纸带之间的摩擦(如果使用电火花 计时器，该摩擦可以忽略)。平衡摩擦力是使小车重力沿斜面的分力 与小车运动时所受到的所有摩擦力相平衡。 3、在每次打过点的纸带上，都要注明小车的质量和拉力数值，以免 在分析数据时造成错误。 4、小车每次释放前应靠近打点计时器，且先接通电源再释放小车； 小车停止运动前应按住小车。
写纸等。
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【实验步骤】
1、用天平测出小车和小桶的质量M0和m0，并
记录数值；
2、按照要求安装实验器材，此时不把悬挂小桶 用的细绳系在车上，即不给小车加牵引力；
3、平衡摩擦力，在长木板不带定滑轮的一端下 面垫薄木板，并反复移动其位置，直到打点计时 器正常工作后，小车在斜面上的运动可以保持匀 速直线运动状态为止。
5、由于a～M图像是一条曲线，难以判断a和M之间的函数关系，从 而难以确定a与M的定量关系。从已知的理论看，a～图像应该是一条 直线，为了便于对实验结果作出直观判断，本实验中作a～图像，而 不是作a～M图像。
6、作图像时，要使尽可能多的点子在直线上，不在直线上的点也要 尽可能对称分布在直线两侧，其目的是在数据处理时尽量减少偶然误 差。
6、在每条纸带上选取一段比较理想的部分，分 别计算出加速度值。
7、用纵坐标表示加速度，横坐标表示作用力
（即砂和砂桶的总重力mg），根据实验结果画
出相应的点，如果这些点在一条直线上，便证明 了质量一定的情况下，加速度与合外力成正比。 8、保持砂和桶的质量不变，在小车上加砝码 （需记录好数据），重复上面的实验步骤，求出 相应的加速度，用纵坐标表示加速度，横坐标表 示小车及砝码的总质量的倒数，根据实验结果画 出相应的点，如果这些点在一条直线上，就证明 了合外力一定的情况下，加速度与质量成反比。
图像向下弯曲。
2、图像弯曲的程度由的大小确定，只有当M>>m时，图
像近似于直线。
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a
②
a
②
①
①
③
③
a0
a0
1
F
M
3、图像斜率的物理意义：
o F0
o1 M0
①当M一定时，a～F图像中，a＝F；其斜率为；即a～F图像的斜率
为小车质量的倒数。
②当F一定时，a～图像中，a＝F；其斜率为F；即a～图像的斜率为
对小车有：a＝＝；对系统有：a＝；对砂及砂桶 有：mg-T＝ma；
联立解得细绳拉力表达式为：T＝mg＝mg；要 使T＝mg，必须满足的条件是：M>>m。
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【实验图像分析】
物理中看图像，一看曲直、二看斜率、三看交点、四看面 积，并能对他们赋予一定的物理意义。
1、本实验图像弯曲是必然的，并且是向下弯曲；
【实验原理】
1、保持研究对象（小车）的质量
(M)不变，改变砂桶内砂的质量
(m)，即改变牵引力测出小车的对
应加速度，用图像法验证加速度
是否正比于作用力。
2、保持砂桶内砂的质量(m)不变，
改变研究对象的质量(M)，即往小
车内加减砝码，测出小车对应的
加速度，用图像法验证加速度是
否反比于质量。
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【实验器材】 附有定滑轮的长木板、薄木垫、小 车、细线、小桶及砂、打点计时器、 低压交流电源、导线、天平（带一 套砝码）、毫米刻度尺、纸带及复
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例题1、某同学设计了一个探究小车的加速度a与 小车所受拉力F及质量m关系的实验，图（a）为
实验装置简图．（所用交变电流的频率为50Hz） （1）图（b）为某次实验得到的纸带，实验数据
如图，图中相邻计数点之间还有4个点未画出， 根据纸带可求出小车的加速度大小为 m/s2．（保留三位有效数字） （2）保持小车质量不变，改变砂和砂桶质量， 一位同学根据实验数据