实验四 验证牛顿运动定律
1．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)掌握运用图象处理问题的方法。
2．实验原理
用控制变量法探究加速度a与力F、质量M的关系，可以先保持F不变，研究a和M的关系，再保持M不变，研究a和F的关系。
3．实验器材
带定滑轮的长木板、低压交流电源、复写纸片和纸带、小车、小盘、电磁打点计时器、天平、砝码、刻度尺、导线。
4．实验步骤
(1)测质量：用天平测出小车的质量M，小盘和砝码的总质量m。
(2)放长木板：按图把实验器材安装好，先不要把悬挂小盘的细绳系在车上。
(3)平衡摩擦力：在木板的一端下面垫一木块，移动木块的位置，直至小车拖着纸带在斜面上做匀速运动。
(4)打点：小盘绕过滑轮系于小车上，先接通电源后放开小车，打完点后切断电源，取下纸带。
(5)重复：保持小车的质量M不变，改变砝码和小盘的质量m，重复步骤(4)五次。
(6)求a：在每条纸带上选取一段比较理想的部分，测加速度a。
(7)作aF的图象：若图象为一过原点的直线，证明加速度与力成正比。
(8)验证a∝：保持砝码和小盘的质量m不变，改变小车质量M，重复步骤(4)和(6)，作a图象，若图象为一过原点的直线，证明加速度与质量成反比。
5．注意事项
(1)安装器材时，要调整滑轮的高度，使拴小车的细绳与木板平行。
(2)平衡摩擦力时，小车连着穿过打点计时器的纸带，但不要把悬挂小盘的细线系在小车上。改变砝码的质量后，不需要重新平衡摩擦力。
(3)只有小车的质量远大于小盘和砝码的总质量，小盘和砝码的总重力才可视为小车受到的拉力。
(4)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，在小车到达滑轮前按住小车。
实验原理与操作
本实验的难点是测量小车的合力，实验通过两个“替代”关系测量小车的合力，使小车合力的测量转化为对悬挂物重力的测量。
1．平衡摩擦力——用小车所受的拉力替代合力
小车受力为重力、拉力、阻力、支持力，平衡摩擦力后，使重力、阻力和支持力的合力为零，则小车所受的拉力等于小车的合力。
2．小车质量(M)远大于悬挂物质量(m)——用悬挂物重力替代小车所受的拉力
由牛顿第二定律：系统加速度a＝g，小车所受的拉力F＝Ma＝M＝mg，显然，当M?m时，F≈mg。
1．(2019·沭阳县修远中学高三月考)在探究“加速度与力和质量的关系”实验时，某老师对传统实验进行了改进，其实验操作如下：
①如图所示，先将沙和沙桶通过滑轮悬挂于小车一端，调节平板的倾角θ，使小车沿斜面向下做匀速直线运动，测出沙和沙桶的总质量m；
②保持平板倾角θ不变，去掉沙和沙桶，小车即在平板上沿斜面向下做匀加速直线运动，通过纸带测量其加速度a；
③保持小车质量M不变，多次改变沙和沙桶的总质量m，每次重复①②两步操作，得到小车加速度与合力的关系；
④多次改变小车的质量，进行适当的操作，得到小车加速度和质量的关系。
