验证牛顿第二定律的实验方法以及原理说明

验证牛顿第二定律的实验方法以及原理说明

1、实验方法

采用控制变量法,即当研究的某个物理量与两个以上的其他物理量的变化有关时,分别研究该物理量与其中一个物理量之间的变化关系,而设法控制其他物理量不发生变化的一种方法。

本实验中,小车加速度a的大小、方向由外力F、小车质量Ｍ共同确定.研究加速度a与F及M的关系时：

(１）控制小车的质量M不变，讨论ａ与Ｆ的关系。

(2)再控制砂和砂桶的质量不变即F不变,改变小车的质量Ｍ,讨论a与M的关系. (３）综合起来,得出a与F、M之间的定量关系。 ２、实验思想方法(等效法)

小车在长木板上运动时由于要受到摩擦阻力作用，且在改变小车质量时摩擦阻力随之改变，这将给实验带来很多麻烦。例如，要测知动摩擦因数，计算每改变小车质量后的摩擦阻力，或每改变小车质量后都用“牵引法”调试平衡.

本实验中，巧妙地采用了平衡摩擦阻力的方法:将长木板一端垫起，让小车重力沿斜面的分力把摩擦阻力平衡掉，即等效于小车不受擦擦阻力作用，绳对小车的拉力即为车所受的合外力。同时小车质量改变后无需重新调试，从而简化了实验程序及计算过程。 3、实验的必要条件

(1）小车质量M远大于砂及桶的总质量m，从而近似认为对小车的拉力T等于砂及桶的重力mg。

注意:严格地说，细绳对小车的拉力T并不等于砂和砂桶的重力ｍg，而是

如下：

对砂桶、小车整个系统有:

①

对

车: ②

小

.推导

验证牛顿第二定律的实验方法以及原理说明

由①②得：

由此

于 。

因

若允许实验误差在5％之内，则由

由此，在实验中控制

误差小于５%。

4、数据处理(图像法）

在画

时注意不分析

和

图像时,多取点、均分布,达到一种统计平均以减小误差的目的.同图像,因为两者成不成反比关系不易直接观察。

（一般说:

)时，则可认为

,由此造成的系统

5、实验的进一步改进

本实验以小车为研究对象,以砂桶重力替代牵引力,产生了系统误差。要消除这种误差,可以以小车与砂桶组成的系统为研究对象.则该系统质量 验证a与Ｆ关系时,要保证

，系统所受拉力

.

恒定，可最初在小车上放几个小砝码,逐一把小砝码移

的关系时,要保证砂、桶重力不变，

至砂桶中,以改变每次的外力；验证ａ与总质量

可在小车上逐一加放小砝码,以改变每次总质量。其他方法步骤同原来一样。