研究加速度与力及质量关系方法三

【目的和要求】

　　研究运动物体质量不变时，它的加速度与所受外力的关系，以及运动物体所受外力不变时，它的加速度与质量的关系，得出力、加速度和质量之间的关系。

【仪器和器材】

　　斜面小车（J2108型），磁控电子秒表，学生天平（J0104型），钩码（J2106型）。

【实验原理】

　　利用气垫导轨做实验来验证牛顿第二定律。在图2．19中，当滑行器质量M远大于砝码质量m时，可以认为滑行器水平运动时受的合外力等于mg。研究质量一定时，加速度与 合外力的关系，以及合外力一定时，加速度与质量的关系，即可验证牛顿第二定律。

【实验方法】

　　1．准备工作

　　（1）将斜面小车的平板放在水平桌面上，平板一侧安两个磁控开关S₁和S₂，两者相距约50－60厘米，并与磁控电子秒表相连。小车上装两块小磁铁，相距ΔS（用游标卡尺测出两磁铁中心的距离，一般ΔS取8－10厘米），如图2．20所示。

　　（2）使平板稍微向小车要前进的方向倾斜，电子秒表复零，推动小车，让小车在板上做匀速直线运动。判别小车做匀速运动的方法是小车通过S₁与S₂的时间相同。这时小车所受重力沿斜面的分力与斜面对运动小车的摩擦阻力相互平衡，即小车沿斜面方向所受合外力为零。

　　2．小车质量一定时，作用力与加速度的关系

　　（1）用细线的一端连接小车，另一端跨过平板上的定滑轮与砝码盘相连。

　　（2）把小车放在平板的一端，电子秒表复零，让小车在砝码盘的拉力作用下做匀加速直线运动，记下小车通过磁控开关S₂和S₁的时间t₂和t₁，测出S₂和S₁之间的距离S，用天平称出砝码盘的质量m′和小车的质量M。把以上测量结果记入表1中。

　　（3）保持小车质量M不变，在砝码盘中增加砝码（每次大约增加0．02千克），重复上述步骤4－5次，将所得结果填入表1中。

表1     M=_______千克，ΔS=_______米

（4）由V＝ΔS/t计算出小车通过磁控开关时的即时速度，由a＝（V²－V₀²）/2S计算出小车运动的加速度值，填入表1相应的空格内。

　　（5）将上述实验结果在a－F坐标系中标出相应的点，根据这些点作一条图线，假如这条图线是经过坐标原点的直线，则说明在小车质量不变的情况下，小车的加速度与所受外力成正比。