实验四 验证牛顿运动定律 [实验目的] 1．学会利用控制变量法研究物理规律． 2．探究加速度与力、质量的关系． 3．学会利用图象法处理实验数据的方法． [实验原理] 1．保持质量不变，探究加速度a与合外力F的关系． 2．保持合外力不变，探究加速度a与质量M的关系． 3．作出a?F图象和a?图象，确定a与F、M的关系． [实验器材] 小车、砝码、小盘、细绳、附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、低压交流电源、导线两根、纸带、天平、米尺． [实验过程] 1．称量质量：用天平测量小盘的质量m0和小车的质量M. 2．仪器安装：按照如图所示装置把实验器材安装好，只是不把悬挂小盘的细线系在小车上(即不给小车牵引力)． 3．平衡摩擦力：在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木块，使小车在斜面上做匀速直线运动． 4．操作记录： (1)把细绳系在小车上并绕过滑轮悬挂小盘，小盘里放砝码，先接通电源再放开小车，取纸带，编号码． (2)保持小车的质量M不变，改变小盘中砝码的重力，重复步骤(1)，由纸带计算出小车的加速度，并把力和对应的加速度填入表(一)中． (3)保持小盘和砝码质量m不变，改变小车和砝码的总质量M，重复以上步骤，并将所对应的质量和加速度填入表(二)中． 表(一) 实验次数 加速度a/(m·s－2) 小车受力F/N 1 2 3 4 表(二) 实验次数 加速度a/(m·s－2) 小车和小车上砝码 的总质量M/kg 1 2 3 [数据处理] 1．计算加速度：先在纸带上标明计数点，测量各计数点间的距离，根据逐差法计算各条纸带对应的加速度． 2．作图象找关系：根据记录的各组对应的加速度a与小车所受牵引力F，建立直角坐标系，描点画a?F图象．如果图象是一条过原点的倾斜直线，便证明加速度与作用力成正比．再根据记录的各组对应的加速度a与小车和小车上砝码总质量M，建立直角坐标系，描点画a?图象，如果图象是一条过原点的倾斜直线，就证明了加速度与质量成反比． [误差分析] 1．偶然误差： (1)摩擦力平衡不准确，故在平衡摩擦力时，不给小车牵引力，使打点计时器打出的纸带点迹间隔均匀． (2)质量测量以及计数点间距测量不准确，故要采取多次测量取平均值． (3)作图不准确，故在描点作图时，要用坐标纸，使尽量多的点落在直线上，不在直线上的点均匀分布两侧，舍去偶然误差较大的点． 2．系统误差：因实验原理不完善引起的误差．本实验用小盘和砝码的总重力mg代替对小车的拉力，而实际上小车所受的拉力要小于小盘和砝码的总重力，故要满足小盘和砝码的总质量远小于小车的质量． 命题点1 教材原型实验 为了“探究加速度与力、质量的关系”，现提供如图甲所示的实验装置： (1)以下实验操作正确的是( ) A．将木板不带滑轮的一端适当垫高，使小车在砝码及砝码盘的牵引下恰好做匀速运动 B．调节滑轮的高度，使细线与木板平行 C．先接通电源，后释放小车 D．实验中小车的加速度越大越好 (2)在实验中得到一条如图乙所示的纸带，已知相邻计数点间的时间间隔为T＝0.1 s，且间距x1、x2、x3、x4、x5、x6已量出分别为3.09 cm、3.43 cm、3.77 cm、4.10 cm、4.44 cm、4.77 cm，则小车的加速度a＝_____m/s2.(结果保留2位有效数字) (3)有一组同学保持小车及车中的砝码质量一定，探究加速度a与所受外力F的关系，他们在轨道水平及倾斜两种情况下分别做了实验，得到了两条a?F图线，如图丙所示．图线_____(填“①”或“②”)是在轨道倾斜情况下得到的；小车及车中砝码的总质量m＝_____kg. 【解析】 (1)将不带滑轮的木板一端适当垫高，在不挂钩码的情况下使小车恰好做匀速运动，以使小车的重力沿斜面的分力和摩擦力抵消，那么小车的合力就是细线的拉力，故选项A错误；要使细线的拉力为小车的 ... ...
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