文档介绍：实验四 验证牛顿第二定律
［基础梳理］
一、实验目的 1．学会用控制变量法研究物理规律；体会实验的精髓在于“控制”． 2．学会灵活运用图象处理物理问题的方法．
3．探究加速度与力、质量的关系．
二、实验原理
1．控制变量法各取一套图示装置放在水平桌面上，木块上均不放砝码，
在没有平衡摩擦力的情况下研究加速度a与拉力F的关系，分别得到图中甲、
甲、乙用的木块质量分别为m甲、6乙，甲、乙用的木块与木板间的动摩擦因数分别为〃甲、〃 甲 乙 甲
，由图可知，m m，“中 卩(填“大于”“小于”或“等于”)
乙 甲 乙 甲 乙.
［解析］(1)为使木块运动过程中受到的拉力恒定，应调节细绳与长木板平行,
调节木板倾斜度平衡摩擦力时应拿掉砝码桶，并且实验过程中改变木块上的砝码质量时，不
需要重新平衡摩擦力，B错误，D正确.
(2)在此实验中可以认为木块所受细绳的拉力F等于砝码及砝码桶的重力，而实际上
对木块和木决上的砝码：F=Ma
对砝码及砝码桶：mg_F=ma
联立解得F=MM+mmg
故只有当m M时才能近似满足F=mg
在水平桌面上未平衡摩擦力时
木块的加速度a=Fm—
a－F 图线的斜率 k= 1m
在纵轴负方向的截距b=yg 由图象知k甲＞ 乙，b甲＞ 乙，所以m f＜m乙，“严乙
［答案］ (1)AD (2)远小于 (3)小于 大于
«师点睛
常见a-F图象涉及的误差分析
“验证牛顿运动定律”实验得到的理想a-F图象应是一条过原点的直线，但由于实验误 差影响，常出现如图所示的三种情况(说明见下表).
图线
特征
产生原因
①
图线的上部弯曲
当木块受力F较大时，不满足“砝码桶及桶内砝码的质量远小 于木块和木块上砝码的总质量”的条件
②
图线与a轴有截距
平衡摩擦力时长木板的倾角过大，F=0(即不挂砝码桶)时木 块就具有了加速度
③
图线与F轴有截距
平衡摩擦力时长木板的倾角过小，
F增加到一定值，木块才获得加速度
考向二 实验过程、数据处理及误差分析
典例 2 用如图甲所示装置做“探究物体的加速度跟力的关系”的实验．实验时保持小车 的质量不变，用钩码所受的重力作为小车受到的合力，用打点计时器和小车后端拖动的纸带 测出小车运动的加速度．
U
甲
小车紙带吐火花讦吋器
亠FWl道醪花
(1)实验时先不挂钩码，反复调整垫木的左右位置，直到小车做匀速直线运动，这样做
的目的是
(2)图乙为实验中打出的一条纸带的一部分，从比较清晰的点迹起，在纸带上标出了连
续的5个计数点A、B、C、D、E,相邻两个计数点之间都有4个点迹没有标出，测出各计 数点到A点之间的距离， Hz的交流电源两端,
则此次实验中小车运动的加速度的测量值a= m/s.(结果保留两位有效数字)
(3)实验时改变所挂钩码的质量，分别测量小车在不同外力作用下的加速度．根据测得
的多组数据画出a-F关系图线，，造成此现象
的主要原因可能是 (选填下列选项的序号)
小车与平面轨道之间存在摩擦
平面轨道倾斜角度过大
所挂钩码的总质量过大
所用小车的质量过大
［解析］ (1)使平面轨道的右端垫起，让小车重力沿斜面方向的分力与它受的摩擦阻力平 衡，才能认为在实验中小车受的合外力就是钩码的拉力，所以这样做的目的是平衡小车运动 过程中所受的摩擦阻力．
⑵由Ax=aT2和逐差法可知
a = xDE+xCD—xAB—xBC4T2 = xCE—xAC4T2
= — 8. 79 — 10 — 24 2 m/s2= m/s2
X X
(3)在实验中认为细绳的张力F就是钩码的重力mg,实际上，细绳张力F=Ma, ma_F'
= ma
即 F'=MM+m・ mg
a= lM+m・ mg= lM+mF
所以当拉力F变大时，m必定变大，lM+》m时,a_F图象为直线, 当不满足M》m时，便有a_F图象的斜率逐渐变小，选项C正确.
［答案］ (1)平衡小车运动过程中所受的摩擦阻力 (2) (3)C
考向三 创新实验设计
典例3 (2016・浦东高三质检)某实验小组利用如图甲所示的气垫导轨实验装置来探究 合力一定时，物体的加速度与质量之间的关系．
做实验时，将滑块从图所示位置由静止释放，由数字计时器(图中未画出)可读出遮光
条通过光电门1、2的时间分别为At「At2；用刻度尺测得两个光电门中心之间的距离x,用