Question

牛顿第二定律的验证的实验中可否控制F(或M)不变,改变加速度a,测量M(或F),为什么?实验中实现加速度a测量的原理公式是什么,为什么采用这一原理公式?【提示:考虑自变量/因变量;定义式】

Answer 1

问：牛顿第二定律的验证的实验中可否控制F(或M)不变,改变加速度a,测量M(或F),为什么?实验中实现加速度a测量的原理公式是什么,为什么采用这一原理公式?【提示:考虑自变量/因变量;定义式】

答：在牛顿第二定律的验证实验中，可以控制物体所受的力F以及物体的质量M不变，通过改变物体的加速度a来测量物体的质量M（或者通过改变物体的质量M来测量物体的加速度a）。这是因为根据牛顿第二定律，力F与加速度a呈正比，质量M与加速度a呈反比。 因此，如果保持力F不变，改变加速度a，则物体的质量M也会相应改变。同样地，如果保持物体的质量M不变，改变物体的外力F，则物体的加速度a也会相应改变。要测量物体的加速度a，可以利用重力加速度g和斜面上物体的倾角θ，使用简单的物理公式得到a。测量物体所在斜面的高度差h，斜面的长度L，以及物体下滑的时间t，可以求出物体的平均加速度a：

答：需要注意的是，这个公式并不是非常精确，因为它忽略了空气阻力对物体下滑的影响。但在实验中，通常可以忽略这个影响，因为重力加速度g和斜面倾角θ已经在实验中有了较为准确的测量值，而且通常情况下空气阻力相比于其他因素的影响可以忽略不计。因此，这个公式在实验中使用是比较方便、实用的。

问：滑块总质量200g,另有规格为5g和25g的砝码,气垫导轨离地距离为1m。在验证 a∝F (a∝1/M) 实验中,F(或M )的大小和改变量如何选择,依据是什么?[提示:考虑增量的比值,以及动能改变量或加速度的大小】

问：牛顿第二定律的验证中数据处理中作图验证 a∝F (或 a∝1/M ),横轴或纵轴应绘制哪一物理量?如果数据点不在同一直线上,如何绘制趋势线,依据是什么?假设气垫导轨水平,通过趋势线,如何得到摩擦力?【提示:自变量/因变量;趋势线与函数关系一致;将合外力写为 F-f 后做分析]

答：在牛顿第二定律的验证中，横轴应当绘制力（F），纵轴应当绘制加速度（a）。如果数据点不在同一直线上，可以通过线性回归分析，得到一条趋势线。趋势线可以选用最小二乘法进行拟合，以求出数据点的平均偏差最小的直线。拟合出的趋势线与函数关系一致，因此可以用它来预测其他未知数据点的实际值。假设气垫导轨水平，可以将物体所受的合外力写为 F-f，其中 F 为物体受到的外力，f 为摩擦力。根据牛顿第二定律 F=ma，可以将式子变形为 a=F/M=f/M_0，其中 M 为物体的质量，M_0 是实验中所用的滑块质量。因此，根据趋势线的斜率，可以计算出每个滑块所受的加速度，从而得到摩擦力 f=M_0(g-a)。

答：107.550-2.5=105.050 → 107.550 - 2.5 = 105.05012.3×24=295,2 → 12.3 × 24 = 295.2（小数点位置错误）280mm=28 cm → 280 mm = 28.0 cm43,1896土0.2450cm → 43.190 ± 0.2450 cm（四舍五入修约，不确定度保留至小数点后四位，故四舍五入后为43.190）28000土8000mm → 28.000 ± 8.000 cm（单位要一致，转换时应乘以10）

问：牛顿第二定律的验证实验中，影响验证结果准确性的关键因素是什么?如何消减(除)或避免?【提示:目的是验证正/反比关系,摩擦力变化、 起始位置等如何影响正/反比关系】

答：牛顿第二定律的验证实验中，影响验证结果准确性的关键因素很多，但其中最重要的关键因素是摩擦力和惯性系的选择。摩擦力对实验结果影响很大，因为它在一定程度上改变了物体所受的合外力大小和方向，从而影响物体的加速度和牛顿第二定律的验证结果。为了消减或避免摩擦力的影响，通常可以采取以下措施：使用光滑的运动平台和滑轮，以减小摩擦力对实验结果的影响。在实验中先测量滑块的静止摩擦因数，并将其考虑在内。实验过程中可以适当增加滑块的速度，以减小摩擦力对实验结果的影响。除此之外，起始位置、质量组成等因素也有可能对验证结果产生影响，因此在实验中应严谨操作，尽量保持实验条件的稳定性和一致性，以降低这些因素对验证结果的影响。

问：动态调平的作用是什么?动态调平过程滑块(小车)的运动有哪些要求,为什么?如何判断动态调平已调好?假设摩擦力恒定,将气垫导轨调至与水平面呈5度的倾角进行实验,对a∝F(或 α∝1/M)的关系验证有哪些影响,为什么?【提示:重新考虑合外力后做分析】

答：动态调平的作用是通过控制滑块或小车的运动，使其保持水平或者其他特定的轨迹，从而提高测量和实验的精度和可靠性。动态调平过程中，滑块或小车的运动需要满足以下要求：运动应平稳缓慢，避免产生惯性力对测量结果的影响。运动应尽可能地保持匀速直线运动，避免产生曲线或旋转运动对测量结果的影响。运动时必须对摩擦力和重力等合外力进行合理的补偿，以消除它们对测量结果的影响。动态调平已经调好可以通过观察滑块或小车的运动状态来判断。如果滑块或小车能够在规定的轨迹上稳定地运动，且不受摩擦和其它合外力的影响，则可认为动态调平已调好。假设摩擦力恒定，并将气垫导轨调至与水平面呈5度的倾角进行实验，当合外力为恒定的水平拉力时，将对a∝F（或 α∝1/M）的关系验证产生影响。此时，合外力方向包含水平分量和竖直分量，竖直分量会产生额外的重力加速度，从而影响物块或小车加速度的大小，导致a∝F（或 α∝1/M）的关系不再成立。因此，在实验中要考虑这些外界因素对测量结果的影响，尽可能将它们降至最小，以保证实验结果准确可靠。

问：分光计的调节及棱镜角的测定实验中，分光计主要由哪几部分组成？各部分的作用是什么？

答：分光计是物理实验中常用的一种仪器，用于测量光的性质。分光计主要由以下几个部分组成。光源：发出可见光谱的光源，如钨丝灯、氢气放电灯等。光源的作用是提供光源照明。准直系统：将光从光源中收集起来，使其经过准直透镜聚焦到射孔上，保证光线的平行度，为进一步测量打下基础。分束器：将准直光线垂直地分割成两份平行光线，并将其引入下游两条光路中。检偏器：利用偏振片对光线的偏振方向进行调节，在保证光线的偏振方向垂直的情况下分别通过棱镜与待测样品。测量系统：利用刻度盘和显微镜来确定光线通过样品后的偏转角度，从而得出样品折射率的数据。在测定棱镜角时，需要通过调节分光计的各个部位来进行精确测量，主要包括以下几个步骤：调节准直系统：将准直透镜调节到最佳焦距，使光线聚焦成点。调节分束器：使分割后的两条光路互相平行，光路长度相等。调节检偏器：对于样品中具有特定折射率的光线，需要通过调节检偏器来使其方向垂直，并进一步通过棱镜进行测量。测量角度：将棱镜放置在测量系统台座上，利用刻度盘和显微镜来确定光线通过样品后的偏转角度，并记录数据。综上所述，分光计主要由光源、准直系统、分束器、检偏器、测量系统等部分组成，每个部分都有其独特的作用。在进行实