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    實驗:探究加速度與力、質量的關系

    王尚老師微信

    我們這個實驗其實是學習牛頓第二定律的鋪墊。我們先用實驗方案,來尋找探究加速度與力、質量的關系,具體來說:

    研究F=km;在外力不變的時候,a與m成反比例;研究F=ka;在質量不斷的時候,a與F成正比例。下面是王尚老師的視頻講解。

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    視頻1:探究加速度與力、質量的關系

    視頻2:探究加速度與力、質量的關系

    視頻3:探究加速度與力、質量的關系

    視頻4:探究加速度與力、質量的關系

    視頻5:探究加速度與力、質量的關系

    我們這個實驗其實是牛頓第二定律的伏筆,我們先用實驗方案來尋找探究加速度與力、質量的關系,即:

    F=km;在外力不變的時候,a與m成反比例;

    F=ka;在質量不斷的時候,a與F成正比例。

    牛頓第二定律實驗是高中生接觸到的第一個有難度的實驗,這也是高考物理試卷中最常考的實驗之一。下面來分析具體的實驗內容。

    驗證牛頓第二定律的實驗

     探究加速度與力、質量的關系

    本實驗的基本思路是采用控制變量法。具體來說

    (1)保持物體的質量m不變,測量物體在不同外力F作用下的加速度a,探究加速度a與外力F的關系。

    探究的方法采用根據實驗數據繪制圖象的方法,也可以用比較的方法,看不同的外力F與由此外力產生的加速度a的比值有何關系。

    (2)保持物體所受的力F相同,測量不同質量m的物體在該力作用下的加速度a,探究加速度a與力F的關系。

    探究的方法采用根據實驗數據繪制圖象的方法。這部分的內容王尚有詳細的視頻解析,大家可以微信添加王老師公眾號teacherws查看。

    驗證牛頓第二定律實驗目的、原理實驗目的

    驗證牛頓第二定律:物體的質量一定時,加速度與作用力成正比;作用力一定時,加速度與質量成反比。

    實驗原理

    利用砂及砂桶通過細線牽引小車做加速運動的方法,采用控制變量法研究上述兩組關系。

     

    牛頓第二定律實驗

    如圖所示,通過適當的傾角調節,使小車所受的阻力與重力切向分力抵消掉,當小車M和砝碼m(含砝碼盤質量)做加速運動時,通過受力分析可以得到

    牛頓第二定律實驗

    牛頓第二定律實驗 

    當M>>m時,可近似認為小車所受的拉力T等于mg; 

    本實驗第一部分保持小車的質量不變,改變m的大小,測出相應的a,驗證a與F的關系; 

    第二部分保持m不變,改變M的大小,測出小車運動的加速度a,驗證a與M的關系。 王尚新書物理自診斷每道題都有視頻講解,哪道題不會掃題旁二維碼即可看視頻,學習更高效,考試分數更高。歡迎微信teacherws咨詢。

    實驗器材

    驗證牛頓第二定律的實驗

     

    電磁打點計時器,紙帶及復寫紙,低壓交流電源,兩根導線,小車,一端附有滑輪的長木板,薄木板,小桶,細繩,砂,天平,刻度尺,砝碼。

    實驗步驟及器材調整

    (1)用天平測出小車和小桶與砂的質量M和m,把數值記錄下來; 

    (2)按圖4—7所示把實驗器材安裝好; 

    (3)平衡摩擦力:在長木板的不帶滑輪的一端下面墊上一塊薄木板,反復移動其位置,直至后面的紙帶連好并不掛砂桶的小車剛好在斜面上保持勻速運動為止; 

    (4)將砂桶通過細繩系在小車上,接通電源放開小車,使小車運動,用紙帶記錄小車的運動情況,取下紙帶,并在紙帶上標上號碼; 

    (5)保持小車的質量不變,改變砂桶中的砂量(確保M>>m)重復步驟(4),每次記錄必須在相應的紙帶上做上標記,列表格將記錄的數據填寫在表內; 

    (6)建立坐標系,用縱坐標表示加速度,橫坐標表示力,在坐標系上描點,畫出相應的圖線以驗證倪與F的關系; 

    (7)保持砂及小桶的質量不變,改變小車的質量(在小車上增減砝碼),重復上述步驟(5)、(6)驗證a與M的關系; 

    操作注意事項

    (1)在牛頓第二定律實驗中,必須平衡摩擦力,方法是將長木板的一端墊起,而墊起的位置要恰當.在位置確定以后,不能再更換傾角; 

    (2)改變m和M的大小時,每次小車開始釋放時應盡量靠近打點計時器,而且先通電再放小車; 

    (3)每次利用紙帶確定a時,應求解其平均加速度; 

    數據處理及誤差分析

    (1)該實驗原理中拉力T=

    牛頓第二定律實驗, 

    可見要在每次實驗中均要求M>>m,只有這樣,才能使牽引小車的牽引力近似等于托盤與砝碼(有的實驗是砂及砂桶)的重力; 

    (2)在平衡摩擦力時,墊起的物體的位置要適當,長木板形成的傾角既不能太大也不能太小,同時每次改變M時,不再重復平衡摩擦力; 

    (3)在驗證a與M的關系時,作圖時應將橫軸用l/M表示,這樣才能使圖象更直觀;

    實驗的必考點

    (1)打點計時器求解加速度的公式。

    (2)利用傾角來平衡摩擦力。

    (3)小車的質量遠大于砝碼質量。

    參考文獻

    高考物理試卷最常考的20大知識點http://www.q6113.com/zongjie/kaodian/32195.html

    高中物理必修一知識點與學習策略http://www.q6113.com/zongjie/b1/35.html

    打點計時器的使用http://www.q6113.com/baike/001/2.html

    牛頓第二定律http://www.q6113.com/zongjie/b1/64.html

    作者:王尚,齊思源,蘇陽

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