文档介绍：牛顿第二定律实验
牛顿第二定律实验的探讨
【摘要】牛顿第二定律作为中学物理教学的重点和难点，现行高中教材(甲种本)中采用实验归纳法讲述。通过悬挂小物块提供拉力和系统重力差提供拉力等实验方法的探讨，改进牛顿第二定律的验证方法。
的验证牛顿第二定律的实验，下面我们选取其中的两例进行对比说明。

现行高中课本中对牛顿第二定律的实验是这样设计的(图1):在光滑水平的木板上放两个质量相同的小车，小车上可以放钩码以改变小车的质量(图1-a)，两小车的前端各系一轻绳，通过定滑轮与
钩码盘相连，钩码盘内可以放不同的钩码，使两小车在不同的拉力下做匀加速运动，小车所受拉力的大小可以认为等于砝码(包括砝码盘)所受重力的大小。小车的后端也各系一条轻绳，用一夹子夹住这两条绳(图1-b)，以同时控制这两辆小车，使它们同时开始运动和停止运动。
通过这一装置我们可以得出:和，进而推出f=ma。这套装置仪器简单操作方便快捷，利于在课堂上进行演示，但也有很多的缺点:首先就是由小物块的重力充当拉力引入了比较大的误差，在整个系统做匀加速时小物块也在做向下的匀加速运动，此时小车受到小物块的拉力为m(g-a)，只有当g>a时才有m(g-a)?mg，由于，即，所以只有m>m才有g>a。这就要求我们在做此试验时要牢牢把握住小车的质量要远大于物块质量这一点。此外，木板不可能绝对的光滑，小车与木板间的摩擦力不可能为零。还有就是用夹子来控制小车的运动与停止也会引入误差，由于小车有速度，由动量定理公式“ft=mv”知，当“mv”一定时由于时间很短，力f很大，所以用夹子很难让小车立即停止运动，即两小车运动的时间不一定相同，这对实验的影响也应该是很大的。

本实验装置(图2):将导轨调平后我们需要测出粘性阻尼常量b，，其中h为粘度，s为小车与导轨的接触面积，z为导轨气垫的厚度[5]。将细线的一端接在滑块上，另一端绕过滑轮挂上砝码(单位用kg)。此时合外力(将滑块、滑轮和砝码作为运动系统)
f=-bv-?(g-a)c，式中平均速度v(单位用m/s)与粘性阻尼常量b之积为滑块与导轨间的粘性阻力，?(g-a)?c为滑轮的摩擦阻力，阻力系数c可由实验室技术人员预先测出。
图2
在此方法中运动系统的质量m应是滑块质量、全部砝码质量(包括砝码托)以及滑轮转动惯量的换算质量(i为滑轮转动惯量，r为轮的半径)之和，即m=++，其中可由实验室预先求出标在仪器说明书上[6]。另外在实验中应将未挂在线上的砝码放在滑块上，保持运动系统质量一定。
本实验能较精确的验证牛顿第二定律，消除了小物块加速度a对实验的影响，同时通过气垫导轨将小车与导轨间的摩擦力减小到很低的程度，能取得很好的试验效果～但是，本实验在操作过程中过于麻烦，很难在课堂上向中学生演示，而一些常量如阻尼常量b、阻尼系数c也是很难让高中生在较短的时间内接受的。
=ma
基于光电传感器的新型牛顿第二定律实验装置(图3):在实验台两端分别固定两个直径为2cm的轻质滑轮，无伸长的轻质细线绕过两个滑轮，细线两端悬挂砝码。细线上粘贴一向下的u型挡光条，挡光条两前沿之间的距离为1cm。桌面上横向固定两个光电门，两光电门