《验证牛顿第二定律》实验
【重点知识提示】
1．实验目的、原理
实验目的验证牛顿第二定律，即物体的质量一定时，加速度与作用力成正比；作用力一定时，加速度与
质量成反比．实验原理：利用砂及砂桶通过细线牵引小车做加速运动的方法，采用控制变量法研究上述两组
关系．如图4—6所示，通过适当的调节，使小车所受的阻力忽略，当M 和m 做加速运动时，可以得到 g
m M m a += m
M M mg T +⋅= 当M>>m 时，可近似认为小车所受的拉力T 等于mg ．
2．平衡摩擦力．．．．．
：在长木板的不带滑轮的 一端下面垫上一块薄木板，反复移动其位置，
直至后面的纸带连好并不挂砂桶的小车刚好在斜面上保持匀速 运动为止．
3．注意事项
该实验原理中T=m
M M mg +⋅，可见要在每次实验中均要求．．．．．．．．．．．．M>>m ．．．．，．只有这样，才能使牵引小车的牵引力近似等于砂及砂桶的重力． 在平衡摩擦力时，垫起的物体的位置要适当，长木板形成的倾角既不能太大也不能太小，同时每次改变M 时，不再重复平衡摩擦力．
【例1】 在《验证牛顿第二定律》的实验中，在研究作用力一定时加速度与质量成反比的结论时，下列说法中错误的是 ( )
A ．平衡摩擦力时，应将装砂的小桶用细绳通过定滑轮系在小车上
B ．每次改变小车质量时，不需要重新平衡摩擦力
C ．实验时，先放开小车，再接通打点计时器电源
D ．小车运动的加速度，可从天平测出装砂小桶和砂的质量m 及小车质量M ，直接用公式a=M
mg 求出(m<<M) 【例2】 在《验证牛顿第二定律》的实验中备有下列器材：
A ．打点计时器；
B ．天平(带砝码)；
C ．秒表；
D ．低压直流电源；
E ．纸带和复写纸；
F ．导线细线；
G ．小车；
H ．砂和小桶；
I ．带滑轮的长木板．其中多余的器材是________________(填代号)、缺少的器材是__________。
【例3】 如图4-8(a)为《验证牛顿第二定律》的实验中用打点计时器打出的一条较理想的纸带．纸带上A 、B 、C 、D 、E 、F 、G 为七个相邻的计数点，相邻计数点间的时间是0．1 s ，距离如图，单位是cm ，小车的加速度是________m/s 2(结果保留两位有效数字)，在验证质量一定时加速度以和合外力F 的关系时，某学生根据实验数据作出了如图4—8(b)所示的a-F 、图象，其原因是____ _．
【能力跟踪训练】
1．在《验证牛顿第二定律》的实验中，当小车质量
M 不变时，a-F 图象如图4—9所示，则小车质量M =________.
2．a 、b 、c 、d 四位同学做《验证牛顿第二定律》的实验，设小车
质量和车上砝码质量之和为M ，砂及砂桶的总质量为M ，分别得出如图
4—10中a 、b 、c 、d 一四个图线，其中图a 、b 、c 是a-F 图线，图d 是a 一1/M 图线，则以下说法中正确的是 ( )
A ．a 和b 较好地把握了实验条件M >>m
B ．c 和d 则没有把握好实验条件M >>m
C ．a 同学长木板的倾角太小，而b 同学长木板角度太大
D ．a 、b 、c 三同学中，c 同学较好地完成了平衡摩擦力的操作
3．用斜面、小车、砂桶、砝码等器材做《验证牛顿第二定律》的实验，如图4—11 为实验中打出的一条纸带，相邻记数点的时间间隔为T ，且间距s 1、s 2、…、s 6已量出：
(1)请写出三个不同的计算加速度的表达式；
(2)如图4—12是某同学根据测量的数据画出的a 一F 图线，表明实验的问题
是 ．
４．在《验证牛顿第二定律》实验中，下面的说法中正确的是 ( )
A ．平衡摩擦力时，小桶应用细线通过法滑轮系在小车上，但小桶内不能装砂
B ．实验中应始终保持小车和砝码的质量远大于砂和小桶的质量
C ．实验中如用纵坐标表示加速度，用横坐标表示小车和车内砝码的总质量，描出相应的点在一条直线上，即可证明加速度与质量成反比
D ．平衡摩擦力时，小车后面的纸带必须连好，因为运动过程中纸带也要受到阻力
５．关于验证牛顿第二定律的实验，下列说法中符合实际的是___ _。
A．通过同时改变小车的质量m及受到的拉力F的研究，能归纳出加速度、力、质量三者之间的关系
B．通过保持小车质量不变，只改变小车的拉力的研究，就可以归纳出加速度、力、质量三者之间的关系
C．通过保持小车受力不变，只改变小车质量的研究，就可以得出加速度、力、质量三者之间的关系
D．先不改变小车质量，研究加速度与力的关系；再不改变力，研究加速度与质量的关系，最后归纳出速度、力、质量三者之间的关系
６．在做“验证第二运动定律的实验”时，首先要细心地调整装置，以使小车做匀速运动，然后才进行实验，这样做的目的何在：
A．平衡摩擦力 B.方便实验 C.减小摩擦力 D.增大阻力
7．做“验证牛顿第二定律”实验时，按实验要求装置好器材后，应按一定的步骤进行实验，下列给出供选择的操作步骤。
A．保持小桶和砂的质量不变，在小车里加砝码，测出加速度，重复几次
B．保持小车质量不变，改变小桶里砂子的质量，测出加速度，重复几次
C．用天平测出小车和砂子的质量
D．在长木板没有定滑轮的一端垫上厚度合适的垫木，平衡摩擦力
F．用秒表测出小车运动的时间
G．将装有砂子的小桶用细线通过定滑轮系到小车上，接通电源，释放小车，在纸带上打出一系列的点
以上步骤中，不必要的步骤是_ ___，正确步骤的合理顺序是 ____（填写代表字母）。
8．用打点计时器记录纸带运动的时间，计时器所用的电源的频率为50Hz。
图1-10为做匀变速直线运动的小车带动的纸带上记录的一些点，在每相邻的两个点中间都有四个点未画出，按时间顺序取0、1、2、3、4、5六个点，用米尺量出1、2、3、4、5点到0点的距离分别是（单位：cm）：8.78，16.08，21.87，26.16，28.94。
由此测出小车加速度的大小为___ _m／s2，方向_ ___。
《验证牛顿第二定律》答案
1、O ．71kg(小车质量研由a-F 图线的倒数
确定．)
2、A 、B 、C 、D(图线为直线，表明M 》m ；a-F 图线与F 交于原点右侧表
明f 平衡不够，a-F 图线与a 交于原点上方，表明f 平衡过甚；a-F 图
线过原点，表明f 平衡恰当．)
3、(1)2142123T s s a T s s a -=-=21234569)
()(T s s s s s s a ++-++=；
(2)没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够．
４、B 、D(M>>m 是为了减小系统误差．平衡摩擦力时必须将小车后面的纸带连好)． ５、D ；
６、A ；
７.F ；ＣＤＧＢＡＥ；。