关于“验证牛顿第二定律实验”的三个问题问题 1. 在“验证牛顿第二定律”的实验中，小车包括砝码的质量为什么要远大于砂和砂桶的总质量。分析：在做关系实验时，用砂和砂桶重力mg代替了小车所受的拉力F，如图 1 所示：而砂和砂桶的重力mg 与小车所受的拉力F 是并不相等．这是产生实验系统误差的原因，为此，必须根据牛顿第二定律分析 mg 和 F在产生加速度问题上存在的差别．实验时可得到加速度与力的关系的图像，如图2 所示，由图像经过原点知，小车所受的摩擦力已被平衡．设小车实际加速度为a ，由牛顿第二定律可得：()mgMm a即()mgaMm若视 Fma ，设这种情况下小车的加速度为a ，则mgaM．在本实验中，M保持不变，与()mg F成正比，而实际加速度a 与 mg 成非线性关系，且m 越大，图像斜率越小。理想情况下，加速度a 与实际加速度差值为221()()m gmgmggaMMMmM MmMmm上式可见， m 取不同值，a不同， m 越大，a 越大，当 mM 时， aa ，0a，这就是要求该实验必须满足mM 的原因所在．由图２还可以可以看出，随着()F mg 的增大，加速度的实验值与理想值之间的差别越来越大. 本实验是因原理不完善引起的误差，实验用砂和砂桶的总重力mg 代替小车的拉力，而实际小车所受的拉力要小于砂和砂桶的总重力，这个砂和砂桶的总质量越接近小车和砝码的总质量，误差越大，反之砂和砂桶的总质量越小于小车和砝码的总质量，由此引起的误差就越小．即此误差可因为mM 而减小，但不可能消去此误差．图１图２问题 2：在利用打点计时器和小车做“验证牛顿第二定律”的实验时，实验前为什么要平衡摩擦力？应当如何平衡摩擦力？分析： 牛顿第二定律表达式Fma 中的 F，是物体所受的合外力，在本实验中， 如果不采用一定的办法平衡小车及纸带所受的摩擦力，小车所受的合外力就不只是细绳的拉力，而应是细绳的拉力和系统所受的摩擦力的合力．因此，在研究加速度a 和外力 F 的关系时，若不计摩擦力，误差较大，若计摩擦力，其大小的测量又很困难；在研究加速度a 和质量 m 的关系时，由于随着小车上的砝码增加，小车与木板间的摩擦力会增大，小车所受的合外力就会变化（此时长板是水平放置的） ，不满足合外力恒定的实验条件，因此实验前必须平衡摩擦力应如何平衡摩擦力？怎样检查平衡的效果？有人是这样操作的；把如图 3 所示装置中的长木板的右端垫高一些，使之形成一个斜面，然后把实验用小车放在长木板上，轻推小车，给小...
