大学物理实验报告(验证牛顿第2定律).doc

中国石油大学（华东）现代远程教育 实验报告 课程名称：大学物理(一) 实验名称： HYPERLINK "/jpk/dxwl/dxwlx/xnsy/data/sy07.html" \t "_self" 速度、加速度的测定和牛顿运动定律的验证 实验形式：在线模拟+现场实践 提交形式：提交书面实验报告 学生姓名： 学 号： 年级专业层次： 高升专 学习中心： 提交时间： 2014 年 6 月 2 日 【实验题目】验证牛顿第二定律 【实验目的】 1. 了解气垫技术的原理，掌握气垫导轨和计时计测速仪的使用方法。 2. 掌握测速仪测速度、加速度方法。 3. 验证牛顿第二定律。 【实验仪器】 汽垫导轨（含气源等附件）、MUJ-5B型计时计数测速仪、电子天平 【实验原理】 速度测量 挡光片宽度Δs已知，用计时测速仪测出挡光片通过光电门???的挡光时间Δt,即可测出平均速度，因Δs很小，该平均速度近似为挡光片通过光电门时的瞬时速度，即： 瞬时速度： MUJ-5B计时仪能直接计算并显示速度。 加速度测量 设置两个光电门，测出挡光片通过两个光电门的速、度和挡光片在两光电门间的运动时间t，即可测出加速度a。 MUJ-5B计时仪能直接计算并显示加速度。 牛顿第二定律验证 在右图由、构成的系统中，在阻力忽略不计时，有： 令，，则有 令不变，改变（将砝码依次从滑块上移到砝码盘上，即可保证F增大，而M不变），即可验证质量不变时，加速度与合外力的关系；令不变，改变(在滑块上增加配重)，即可验证合外力不变时，加速度与质量的关系。 【实验内容与步骤】 1.气垫导轨的水平调节 可用静态调平法或动态调平法，使汽垫导轨保持水平。静态调平法：将滑块在汽垫上静止释放，调节导轨调平螺钉，使滑块保持不动或稍微左右摆动，而无定向运动，即可认为导轨已调平。 2.练习测量速度。 计时测速仪功能设在“计时2”，让滑块在汽垫上以一定的速度通过两个光电门，练习测量速度。 3.练习测量加速度 计时测速仪功能设在“加速度”，在砝码盘上依次加砝码，拖动滑块在汽垫上作匀加速运动，练习测量加速度。 4.验证牛顿第二定律 （1）验证质量不变时，加速度与合外力成正比。 用电子天平称出滑块质量，测速仪功能选“加速度”， 按上图所示放置滑块，并在滑块上加4个砝码(每个砝码及砝码盘质量均为5g)，将滑块移至远离滑轮一端，使其从静止开始作匀加速运动，记录通过两个光电门之间的加速度。再将滑块上的4个砝码分四次从滑块上移至砝码盘上，重复上述步骤。 （2）验证合外力不变时，加速度与质量成反比。 计时计数测速仪功能设定在“加速度”档。在砝码盘上放一个砝码（即），测量滑块由静止作匀加速运动时的加速度。再将四个配重块(每个配重块的质量均为m′=50g)逐次加在滑块上，分别测量出对应的加速度。 【数据处理】 1、由数据记录表3，可得到a与F的关系如下： 由上图可以看出，a与F成线性关系，且直线近似过原点。 上图中直线斜率的倒数表示质量，M=1/0.0058=172克，与实际值M=165克的相对误差： 可以认为，质量不变时，在误差范围内加速度与合外力成正比。 2、由数据记录表4，可得a与M的关系如下： 由上图可以看出，a与1/M成线性关系，且直线近似过原点。 直线的斜率表示合外力，由上图可得：F=9342gcm/s2,实际合外力F=10克力=10g*980cm/s2=9800gcm/s2，相对误差： 可以认为，合外力不变时，在误差范围内加速度与质量成反比。 【实验结论与分析】 实验结论：根据数据处理结果，可以认为：在误差的范围内，实验与牛顿第二定律相符，即加速度与合外力成正比，与质量成反比。 实验分析：实验误差主要来源于以下方面： 导轨未完全调水平； 空气阻力的影响，细线、滑轮运动阻力的影响； 气流波动的影响； 本地重力加速度近似取980cm/s2。 砝码的质量误差。 空气等各种阻力对实验的影响可能是主要的。因为空气阻力一般与速度的二次方成正比，所以实验中拉力不能太大，否则加速度大，速度增加快，空气阻力增加也快；但拉力也不能过小，否则很小的阻力也会产生较大的影响。 表3 验证加速度与合外力关系数据记录表 m滑块= 139.8 g， M=m滑块+5m0= 165 g (g)(cm/s2)(cm/s2)m0528.4229.0228.6428.8528.3128.652m01056.7556.9456.74