牛顿第二定律实验探究(附打点计时器,速度和加速度测量)

牛顿第二定律实验探究

(附----打点计时器、用打点计时器测速度和加速度) 一，打点计时器

打点计时器有电磁打点计时器和电火花计时器两种。它们使用交流电源，电磁打点计时器由学生电源供电，工作电压6V以下，电火花计时器工作电压220v。当电源频率是50H Z 时，它每隔0.02s打一个点。当每5个点取一个计数点，或说每隔4个点取一个计数点时时间间隔为0.1s。

电火花计时器比电磁打点计时器阻力小。

二，用打点计时器测速度

因为匀变速直线运动在某段时间内的平均速度等于这段时间中点的瞬时速度，所以第n个相同时间T秒末的速度υn=（x n+x n+1）/2T

如图第3个计数点的速度υ3=（x3+x4）/2T

有时为了减小误差可用υ3=（x1+x2+x3+x4+x5+x6）/6T来计算

三，测加速度

加速度为a的匀加速直线运动，在连续相等的时间内的位移分别为x1、x2、x3····则Δx=x2—x1=x3—x2=······=aT2，a=Δx/ T2

如图a=（X

-X1）/ T2=（X3-X2）/ T2=（X4-X3）/ T2等等

2

有时为了减小误差

{（X2-X1）/ T2+（X3-X2）/ T2+（X4-X3）/ T2+（X5-X4）/ T2+（X6-X5）/ T2} a=1

5

=（X6-X1）/ 5T2

或a={（X4+X5+X6）-(X1+X2+X3)}/9T2 (逐差法)

四，牛顿第二定律实验

1，器材，步骤、方法

（1），小车放在木板上，后面固定一条纸带，纸带穿过打点计时器。

（2）用木块将木板的带有打点计时器的一端垫高，以补偿打点计时器对小车的阻力;调节木板的倾斜度，使小车不受牵引力时能拖动纸带沿木板匀速运动。

(3)用天平测出盘和重物的总质量，求出总重。它近似于小车运动时所受的拉力。

（4），用刻度尺测出纸带上计数点之间的距离，求出小车运动的加速度。

（5），使用限制变量法研究加速度和力与质量的关系。

2，a---F图线与纵坐标交于原点之上原因是平衡摩擦力过度或没有考虑砝码盘的重力。a---F图线与横坐交于原点之右原因是没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足。

a—1/M图线与纵坐标交于原点之上为平衡摩擦力过度，a—1/M图线与横标交于原点之右原因是没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足.

3，在验证牛顿第二定律的实验中，在研究加速度a与小车质量M的关系时，由于没有注意满足M?m的条件，结果得到的图像应像下图

原因是：根据牛顿第二定律，对小车F=Ma 对砝码mg-F=ma 所以F=mg/（1+m/M）由此式1/M增大F减小，F=Ma F减小，a变小4，比较初速度为零的不同物体的匀加速直线运动加速度大小的关系可根据

a1/a2=X1/X2

因为X1=1

2a1t2X2=1

2

a2t2a1=2X1/t2a1=2X1/t2 t相同a1/a2=X1/X2

4.2实验：探究加速度与力、质量关系练习

一、选择题

1．某同学做探究加速度与力、质量的关系的实验，在平衡摩擦力时把木板的一端垫得过高，所得的a—F图象为图4—16中的（）

A. (a )图

B. (b )图

C. (c )图

D. (d )图 2．下列关于力和运动关系的几种说法，正确的是 （ ） A ． 物体所受合外力的方向，就是物体运动的方向 B ． 物体所受合外力不为零时，其速度不能为零 C ． 物体所受合外力不为零时，则其加速度一定不为零 D ． 合外力变小时，物体一定做减速运动

3．关于物体的速度和其受力的关系，下列说法中正确的是 （ ） A.速度变化越大,物体受力就越大 B.速度变化越快,物体受力就越大 C.物体受力不断减小,速度也不断减小 D.物体受力方向不变,速度方向也不变

4．质量为ｍ1的物体，在恒力的作用F 的作用下，产生的加速度为ａ1；质量为ｍ2的物体，在恒力的作用F 的作用下，产生的加速度为ａ2；若将该恒力F 作用在质量为（ｍ1＋ｍ2）的物体上，产生的加速度为 （ ）

A.ａ1＋ａ2 B ．(ａ1＋ａ2)/2 C.21a a D.ａ1ａ2／（ａ1＋ａ2） 5．如图4－3所示，物体在水平的拉力F 的作用下沿水平地面做匀速直线运动，速度为ｖ．现让拉力F 逐渐减小，则物体的加速度和速度的变化情况应是 （ ）

A.加速度逐渐变小，速度逐渐变大 B ．加速度和速度都在逐渐变小

C ．加速度和速度都在逐渐变大

D ．加速度逐渐变大，速度逐渐变小

6.假设洒水车的牵引力不变且所受阻力与车重成正比，未洒水时，做匀速行驶，洒水时它的运动将是 （ ）

A.做初速度不为零的匀加速直线运动

B.做变加速运动

(c )

图4—16

(d

)

(a

)

(

b )

图4－3

C.做匀减速运动

D.继续保持匀速直线运动

7．用力F 1单独作用于某一物体上可产生加速度为3 m/s 2，力F 2单独作用于这一物体

上可产生的加速度为1 m/s 2．若F 1、F 2同时作用于该物体上，可能产生的加速度为 （ ）

A.1m/s 2

B.2 m/s 2

C. 3 m/s 2

D. 4 m/s 2

8.质量为m 的物体放在A 处的地平面上用竖直向上的力F 拉物体，物体的加速度a 与拉力

F 的关系图线如图中A 线所示.质量为'm 的另一物体在B 地做类似实验,得a -F 的关系如图中B

线所示,A .B 两线的延长线交Oa 轴交于同一点，设两地的重力加速度分别为g 和'g ，由图可知

A.'m ＞m ，'g ＜g

B.'m ＜m ，'g =g

C.'m =m ，'g ＜g

D.'m ＞m ，'g =g 二、填空题

9．再做“探究加速度与力、质量的关系”的实验时，计算出个纸带的加速度后，将加速度与力、质量的有关数值记入表中，如图，

（1）根据表中所列数据，分别划出a —F 图像和a —1/M 图像。 （2） 像可以判定：当M 一定时，a 与F 的关系是 ； 当F 一定时，a

与M 的关系是 。 （3）由a-F 图像可知M= 。 （4）由a-1/M 图像可知 F= ．

图4－4

10．一打点计时器固定在斜面上某处，一小车拖着穿过打点计时器的纸带从斜面上滑下，如图(1)所示，图(2)是打出的纸带的一段。

图(1)

图(2)

（1）已知打点计时器使用的交流电频率为50Hz，利用图(2)给出的数据可求出小车下滑的加速度a＝___________。

（2）为了求出小车在下滑过程中所受的阻力，还需测量的物理量有

_______________

________________________________________。

11．在探究牛顿第二定律的实验中回答下列各问。

（1）本实验中探究的方法：

①________________________________________。

②_______________________________________。

（2）在验证实验中实验仪器有：砂桶和砂子，小车和砝码，带滑轮的长木板，打点计时器和纸带复写纸片，除了以上仪器外，还需要的仪器有____________。

A．秒表B．弹簧测力计C．毫米刻度尺

D．天平E．低压直流电源F．低压变流电源

三、论述计算题

12．实验装置如图所示：一木块放在水平长木板上，左侧栓有一细软线，跨过固定在木板边缘的滑轮与一重物相连。木块右侧与打点计时器的纸带相连。在重物牵引下，木块在木板上向左运动，重物落地后，木块继续向左做匀减速运动，右图给出了重物落地后，打点

计时器在纸带上打出的一些点，在每相邻的两点中间都有四个点未画出．用米尺量出1、2、3、4、5、6、7点到0点的距离分别是（单位：cm ）8.78、16.45、23.02、28.50、32.88、36.14、38.29．试根据这些数据，求木块与木板间的摩擦因数μ。要求写出主要的运算过程。结果保留2位有效数字。（打点计时器所用交流电频率为50Hz ，不计纸带与木块间的拉力。取重力加速度g =10m/s 2）

13．某同学用如图所示的装置探究物体的加速度与作用力的关系时，他把砝码和砝码的总重量作为小车的拉力，并依次测出了小车的加速度。 然后画出了如图所示的图像，该图像虽是一条直线，但不通过坐标原点。请你分析一下原因，应如何改进实验才能使实验得出的结果通过坐标原点？

4.2实验：探究加速度与力、质量关系练习

参考答案

1．C 2．BD ，3．B ，4．BC ，5．C ，6．B ，7．BC ，8．D

9．.（1）图略 (2)图像可以看出，加速度与力成正比，与质量的倒数成反比。 （3）在图像上取一点求得斜率就得到物体的质量为0.35kg, （4）在图像上取一点求得斜率就得到作用力为4.02N ．

10． 11．（1）a ＝4.00m/s 2。（2）小车质量m ；斜面上沿下滑方向任意两点间的距离l 及这两点的高度差h 。

11．11．（1）探究加速度与力、质量的关系的原理是利用控制变量法，则有：①当作用力不变时，加速度与质量的倒数成正比；②当物体的质量不变时，加速度与作用力成正比。

纸带运动方向

（2） 到的仪器还有C D F ．

12．12.11.0==

g

a

μ 13．7．由图可知，当拉力从０增到Ｆ０的过程中，物体的加速度为零，说明小车处于静止状态，因此必然存在一个力与拉力大小相等方向相反，这个里一定是小车受到的摩擦力。可以是木板的一端抬高，使小车在木板上做匀速运动，这样就可以消除摩擦力对实验图像的影响。