用直接作用在物块质心的真实恒力研究牛顿第二定律。以两组独立控制变量实验区分 a 与 F、m 的关系，测量结果来自运动后的速度斜率，而不是预先指定加速度。
学习目标
- 由 v–t 图像斜率测量加速度
- 分别保持质量与合力不变开展控制变量实验
- 用 a/F 与 am 的数据检验 a = F/m
实验器材
- 光滑水平桌面（俯视模型）
- 可改变质量的物块，初始质量 0.50 kg
- 作用于质心的恒力 1.00 N
- 数字秒表、标尺、速度图、位移与动能读数
实验准备
- 确认桌面与物块摩擦系数均为零、初速度为零。
- 橙色外力应为“恒力”模式，方向 0°，绑定蓝色物块质心。
- 桌面俯视模型将重力与支持力视为垂直于画布并相互平衡；画布内只研究水平运动。
操作步骤
基准测量
使用 m = 0.50 kg、F = 1.00 N，开始后在 0.5、1.0、1.5 s 附近暂停。记录真实 t、vₓ、x，用相距较远两点的 Δvₓ/Δt 测加速度，再用 2x/t² 核对。
保持质量，改变恒力
每次改变参数前先点击“重置”，在初始状态修改所选器材的属性，再点击“开始”。重新开始采集后图表替换上次曲线；不要在运动途中改初始条件后直接比较。 保持 m = 0.50 kg，依次设置恒力 0.50、1.00、1.50 N。各次都从静止开始，计算 a/F。最大力一组在 1.5 s 左右暂停，确保测量处于桌面内。
保持恒力，改变质量
保持 F = 1.00 N，依次设置 m = 0.50、0.75、1.00 kg。每次重置并重新从静止启动，计算 am；注意改质量后不要误改物块尺寸或施力点。
比较与讨论
分别画 a–F 与 a–1/m 散点图，判断两图是否过原点。在基准组比较 Fx 与 Eₖ，核验恒力做功和动能增量是否一致。
观察与记录
- 数据表 A：m、F、t₁、v₁、t₂、v₂、a、a/F；数据表 B：F、m、1/m、a、am。
- 橙色箭头表示施加的恒力；速度曲线斜率才是本实验测得的加速度。
- 真实实验中应使用物块所受合力。存在摩擦时，外加拉力与水平合力通常不相等。
预期结果
- 基准组 a = 2.00 m/s²；t = 1.50 s 时 v = 3.00 m/s、x = 2.25 m、Eₖ = 2.25 J。
- m = 0.50 kg、F = 0.50/1.00/1.50 N 时，a = 1.00/2.00/3.00 m/s²。
- F = 1.00 N、m = 0.50/0.75/1.00 kg 时，a = 2.00/1.3333/1.00 m/s²。
课堂讨论
- 恒力大小相同，质量加倍后速度图像的斜率怎样改变？
- 为什么不能同时改变质量和力后就判断正比关系？
- 现实小车实验中的摩擦力会怎样影响由外加拉力计算的加速度？
模型与适用范围
- 这是光滑水平面的理想恒力模型，不包含挂码质量、滑轮转动惯量或细绳拉伸。
- 为保持可读布局，单次测量建议不超过 1.5 s；物块离开画面后应重置。