学生实验教学设计和教学实录

验证牛顿运动定律实验报告

[实验目的] 1．学会用控制变量法研究物理规律。

2．探究加速度与力、质量的关系。

3．掌握利用图像处理数据的方法。

[实验原理] 探究加速度a与力F及质量M的关系时，应用的基本方法是控制变量法，即先控制一个参量——小车的质量M不变，讨论加速度a与力F的关系，再控制砝码和小盘的质量不变，即力F不变，改变小车质量M，讨论加速度a与M的关系．

[实验器材] 打点计时器、纸带、复写纸片、小车、一端附有定滑轮的长木板，小盘、砝码、夹子、细绳、低压交流电源、导线、天平(带有一套砝码)、刻度尺。

[实验步骤]

1．用天平测出小车和小盘的质量M和M′，把数值记录下来．

2．按照如图所示装置把实验器材安装好，只是不把悬挂小盘的细线系在小车上(即不给小车加牵引力)．

3. 平衡摩擦力：在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木块，反复移动木板的位置，直至小车在斜面上运动时可以保持匀速运动状态，这时小车拖着纸带运动时受到的摩擦力恰好与小车所受重力在斜面方向上的分力平衡．

4. 把细绳系在小车上并绕过滑轮悬挂小盘，先接通电源再放开小车，打点计时器在纸带上打下一系列的点．打点完成后切断电源，取下纸带，在纸带上标上纸带号码．

5. 保持小车及车内砝码的质量不变，在小盘内放入质量为

m′的砝码，重复步骤4.在小盘内分别放入质量为

m″，

m，…的砝码，再重复步骤4. m′，

m″，

m…的数值都要记录在纸带上(或表格内)．

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6. 在每条纸带上都选取一段比较理想的部分，标明计数点，测量计数点间的距离，算出每条纸带上的加速度的值．

7. 用纵坐标表示加速度，横坐标表示力，根据实验结果在坐标平面上画出相应的点．若这些点在一条直线上，便证明了加速度与作用力成正比.

8. 保持砝码和小盘的质量不变，在小车上依次加砝码(也需作好记录)，重复上述步骤，用纵坐标表示加速度a，横坐标表示小车砝码总质量的倒数，在坐标平面上根据实验结果画出相应的点，如果这些点是在一条直线上，就证明加速度与质量成反比．

[注意事项] 1．一定要做好平衡摩擦力的工作，也就是调出一个合适的斜面，使小车的重力沿着斜面方向的分力正好平衡小车受的摩擦力．在平衡摩擦力时，不要把悬挂小盘的细线系在小车上，即不要给小车加任何牵引力，并要让小车拖着打点的纸带运动．

2．实验步骤2、3不需要重复，即整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变小盘和砝码的总质量还是改变小车和砝码的总质量，都不需要重新平衡摩擦力．

3．每条纸带必须满足在小车与车上所加砝码的总质量远大于小盘和砝码的总质量的条件下打出．只有如此，小盘和砝码的总重力才可视为小车受到的拉力．

4．改变拉力和小车质量后，每次开始时小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，再放开小车，且应在小车到达滑轮前按住小车．

5．要使尽可能多的点在所作直线上，不在直线上的点应尽可能对称分布在所作直线两侧．远离的点直接舍去．

6．作图时两轴标度比例要选择适当．各物理量须采用国际单位．这样作图线时，坐标点间距不至于过密，误差会小些. 7．为提高测量精度．(1)应舍掉纸带上开头比较密集的点，在后边便于测量的地方找一个起点．

(2)可以把每打五次点的时间作为时间单位，即从开始点起，每五个点标出一个计数点，而相邻计数点间的时间间隔为T＝0.1 s.

[数据处理] 利用图象处理数据是一种常用的重要方法．将实验中得到的数据通过描点作出图象，可以非常直观地看出两个物理量之间的关系，也可以有效地减小实验误差，确定并排除实验中测得的一些错误数据．

在探究加速度与力的关系的实验中，以加速度a为纵坐标，力F为横坐标，根据各组数据在坐标系中描点．如果这些点在一条过原点的直线上，说明a与F成正比．

在探究加速度与质量的关系的实验中，“加速度a与质量

m成反比”实际上就是11“加速度a与质量的倒数

m成正比”，以加速度a为纵坐标，以质量的倒数

m为横坐1标建立直角坐标系，根据a－

m图象是不是过原点的直线，就能判断a与

m是否成反比．

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[拓展创新实验] 例：某同学做“探究加速度与力的关系”的实验，实验的探究对象是铝块(质量小于沙桶)，在静止释放轻绳前，装置如图

S4-6 甲所示.

(1)该同学在实验操作中有两处明显错误，分别是____________________和________________________.(2)纠错后开始实验：保持铝块的质量

m 不变，通过在沙桶中添加沙来改变对铝块的拉力；每次释放轻绳，由力传感器可测得拉力的大小

F，由纸带上打出的点可算出对应加速度的大小

a；已知重力加速度为

g.该同学根据多组实验数据画出如图乙所示的一条过坐标原点的直线，他标注纵轴为加速度

a，但忘记标注横轴，你认为横轴代表的物理量是____________(用所给的字母表示). (3)若把力传感器装在右侧轻绳上则实验的误差会更_____(填“大”或“小”).

答案：(1)打点计时器错接在直流电源上要进行打点的纸带留得太短

(2)F－mg (3)大

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