验证牛顿第二定律

实验目的

用控制变量法探究加速度与力、质量的关系,验证牛顿第二定律。

实验原理

牛顿第二定律:F = ma。保持小车质量 M 不变,改变槽码重力(近似作为拉力 F),测得 a,作 a-F 图线应为过原点的直线。保持 F 不变,改变 M,作 a-1/M 图线应为过原点的直线。加速度由纸带用逐差法求出。

实验器材

• 小车
• 带定滑轮的长木板
• 打点计时器与纸带
• 槽码与细线
• 砝码
• 天平
• 刻度尺
• 垫木

实验步骤

1. 把木板一端垫高,不挂槽码,轻推小车使其匀速下滑,以平衡摩擦力。
2. 保持小车质量不变,挂不同质量的槽码,各打一条纸带。
3. 由纸带用逐差法求出每次的加速度,记录槽码重力 F。
4. 保持槽码质量不变,在小车上增减砝码改变质量,重复实验。
5. 分别作 a-F 和 a-1/M 图线,分析其关系。

实验现象与结论

质量一定时,a-F 图线是过原点的直线,说明 a 与 F 成正比。拉力一定时,a-1/M 图线是过原点的直线,说明 a 与 M 成反比。结论:a 与合外力成正比、与质量成反比,方向与合外力相同,即 F = ma。

注意事项

• 改变小车质量后,无需重新平衡摩擦力。
• 槽码质量应远小于小车质量。
• 先接通电源,再释放小车。
• 小车到达滑轮前要及时接住。

常见问题

为什么要平衡摩擦力?

使细线对小车的拉力等于小车所受合外力,这样才能直接把拉力当作合外力研究。

为什么槽码质量要远小于小车质量?

槽码也在加速,细线拉力小于槽码重力;槽码质量远小时,二者才近似相等。