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牛顿第二定律的研究  
 

实验专题研修

探究牛顿第二定律

组员:林苑醒、周冬英、洪诗雅 、陈纯龙

提出问题

    由牛顿第一定律可知,力是改变物体运动状态的原因.而物体运动状态的改变是物体运动速度发生变化,即加速度不为零.因而力又是产生加速度的原因,加速度与力有关。
    由牛顿第一定律还可知:一切物体总保持静止或匀速直线运动状态,这种性质叫惯性.而质量是物体惯性大小的量度,因而加速度跟质量有关。
    那么物体运动的加速度跟物体质量及受力之间存在什么样的关系?我们通过实验来探求。

猜想与假设

日常生活告诉我们 对于一个物体 ( 使 m 不变 ) ,不受力时加速度为零→受力后加速度不为零→受力越大则加速度越大。
用同样的力 ( 使 F 不变 ) 作用于不同物体→质量小的易被拉动→质量越小加速度越大。
于是我们猜想加速度会与物体所受的力 F 及物体的质量 m 有关。

设计实验

    我们利用位移传感器来获得位移随时间变化的数据,由这些数据求得加速度。本实验涉及的器材还有: 动力学小车、天平(用于测量质量)、轨道、 绳子、滑轮、钩码、数字采集器等。 实验装置如下图所示:


实验步骤

1、把轨道放在水平面上。把动力学小车放在轨道上,将轨道调整至水平。
2、我们将采用控制变量法进行实验,首先我们保持质量 m 不变。将数据填入表格中。
3、单击“开始”键,释放小车。小车滑至滑轮处时,单击“停止”键停止记录数据。选择可行域,计算小车的加速度。
4、重复步骤 3 ,收集数据。
5、控制拉力 F 不变,在表格中填入数据。
6、重复步骤 3 ,收集数据。

五.实验数据及数据分析


由以上图象可知:在保持质量不变( 0.282 kg )的情况下加速度与拉力成正比,即: a ∝ F


图 2 ( a 与 m 的关系)

以上图象难以判断加速度与质量之间的关系,由图线我们猜测它们可能是反比例函数,于是我们作了 a-1/m 图


图 2 ( a 与 1/m 的关系)

由以上图象可知:在保持拉力不变( 0.400N )的情况下加速度与质量的倒数成正比,即: a ∝ 1/m
综上所述,可得:加速度跟作用力成正比,跟物体的质量成反比。
即: a ∝ F/m

   
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