
1. 实验目的:验证牛顿第二定律,即在物体质量一定时,加速度与合外力成正比;合外力一定时,加速度与物体质量成反比。
2. 实验原理:
- 保持小车质量(M)不变,改变砂桶内砂的质量(m),即改变牵引力,测出小车的对应加速度,用图像法验证加速度是否正比于作用力。
- 保持砂桶内砂的质量(m)不变,改变小车质量(M),即加入或移除砝码,测出小车的对应加速度,用图像法验证加速度是否反比于质量。
3. 实验器材:
- 附有定滑轮的长木板、薄木垫、小车、细线、小桶及砂、打点计时器、低压交流电源、导线、天平(带一套砝码)、毫米刻度尺、纸带及复写纸等。
4. 实验步骤:
- 用天平测出小车和小桶的质量M0和m0,并记录数值。
- 安装实验器材,确保小车不受牵引力。
- 平衡摩擦力,直到小车在斜面上的运动可保持匀速直线运动。
- 记录小车及车内砝码的质量;称好砂子后倒入小桶,系绳于小车上,调整滑轮位置,接通电源,放开小车,打点后标记纸带。
- 改变砂的质量,重复步骤4,记录数据。
- 选取纸带理想部分,计算加速度值。
- 根据实验结果绘制加速度-作用力(砂和砂桶的总重力mg)图像,验证加速度与合外力的正比关系。
- 保持砂的质量不变,在小车上加砝码,重复实验,绘制加速度-小车及砝码总质量倒数图像,验证加速度与质量的反比关系。
5. 注意事项:
- 确保砂和砂桶的总质量远小于小车和砝码的总质量,以砂和砂桶的总重力视为小车的拉力。
- 在平衡摩擦力时,不挂小桶但需挂纸带并接通打点计时器。
- 纸带上注明小车质量和拉力数值,以免数据分析时出错。
- 实验中应确保小车靠近打点计时器,先通电后释放,并在小车停止前按住小车。
- 由于加速度-质量图像应为曲线,实验中绘制加速度-作用力图像,确保点子尽可能沿直线分布,减少误差。
6. 实验结论:物体的加速度与作用力成正比,与物体质量成反比。