验证牛顿第二定律参考实验报告

时间:2020-11-29 09:07:29 手机站 阅读量:

《验证牛顿第二定律》参考实验报告

实验目的

1熟悉气垫导轨的构造,掌握正确的使用方法。

2?熟悉光电计时系统的工作原理,学会用光电计时系统测量短暂时间的方法。

学会测量物体的速度和加速度。

4 ?验证牛顿第二定律。

实验仪器

气垫导轨,气源,通用电脑计数器,游标卡尺,物理天平等。

实验原理

牛顿第二定律的表达式为

F = ma (1 — 1)

验证此定律可分两步

验证m —定时,a与F成正比。

验证F —定时,a与m成反比。

把滑块放在水平导轨上。滑块和砝码相连挂在滑轮上,由砝码盘、滑块、砝码和滑轮

组成的这一系统,其系统所受到的合外力大小等于砝码(包括砝码盘)的重力 W减去阻力,

在本实验中阻力可忽略,因此砝码的重力 W就等于作用在系统上合外力的大小。系统的质

量m就等于砝码的质量 mi、滑块的质量 m2和滑轮的折合质量 古的总和,按牛顿第二定律

W (m1 m2 -I2)a (1 — 2)

r

在导轨上相距S (系统默认S=50cm)的两处放置两光电门 ki和k2,测出此系统在砝码 重力作用下滑块通过两光电门和速度 vi和V2,则系统的加速度a(可有光电计时器直接读出)

等于

2 2_ V Va2S

2 2

_ V V

a

2S

在滑块上放置双挡光片,同时利用计时器测出经两光电门的时间间隔,则通过 电门的速度为(用卡尺测出遮光片两挡光沿的宽度 器直接读出)

(1 — 3)

2个光

d , d 1cm)(速度可有光电计时

(1 — 4

(1 — 4)

图1 — 1

TOC \o "1-5" \h \z d d

V p2 f

L1 2

其中d为遮光片两个挡光沿的宽度如图 1 — 1所示。在此测量中实际上测

定的是滑块上遮光片(宽 d )经过某一段时间的平均速度,但由于 d较

窄,所以在 d范围内,滑块的速度变化比较小, 故可把平均速度看成是滑

块上遮光片经过两光电门的瞬时速度。同样,如果 t越小(相应的遮光片

宽度d也越窄),则平均速度越能准确地反映滑块在该时刻运动的瞬时速 度。

实验步骤

1 ?调好光电计时器,调整气垫导轨水平

(1)首先检查计时装置是否正常。将计时装置与光电门连接好,要注意套管插头和插 孔要正确插入,将两光电门按在导轨上, 利用功能键调到加速度, 利用转换键调至显示速度 和加速度。双挡光片第一次挡光开始计时, 第二次挡光停止计时就说明光电计时装置能正常

工作;

(2)给导轨通气,并检查气流是否均匀;

(3 )选择合适的挡光片放在滑块上,再把滑块置于导轨上;

(4 )调节导轨底座调平螺丝,使其水平。只要导轨水平,滑块在导轨上的运动就是匀 速运动,只要是匀速运动,滑块经过两光电门的速度相等。

2 ?验证牛顿第二定律

(1) 保证系统的总质量不变时,验证加速度与外力的关系。

1) 调整气垫导轨,让质量为 m2滑块能在气垫导轨上作匀速运动。将两个光电门置于 相距S (系统默认S=50cm)的位置上;

2) 把系有砝码盘的轻质细线通过滑轮和滑块相连,在滑块上放置多个质量为 m的砝

码,用天平测得系统的总质量 m,从光电计时器读出加速度 ai;

3) 依次从滑块上取下质量为 m的砝码加至砝码盘中,分别读出加速度 a2 , a3, a4…。

4) 用作图法处理数据,验证加速度与外力之间的线性关系。

(2) 保持外力不变(即砝码盘与砝码的总质量不变) ,改变滑块质量,研究系统质量 与加速度的关系。

1) 调节两光电门之间的距离合适;

2) 令托盘和它上面的砝码的质量 mi不变,改变滑块的质量 m2,在滑块上每次增加 m 砝码,测出a 。

3) 通过在滑块上增加砝码,多次改变滑块的质量,分别测量对应 a,用作图法处理数

据,验证加速度与质量之间的反比关系

实验数据记录及处理

1测量数据记录与处理。

系统的总质量 M不变,M=(滑块,滑块上的砝码,托盘,托盘上的砝码,绳子等组成 )

表1

F ( N)

a (cm/s2)

利用描点法作图:以a, F分别为横坐标、纵坐标作图(成线性关系,应为一直线) 保持外力不变,改变质量

F=(即托盘与托盘上砝码的总质量不变,它们受的重力)

表2

M(g)

1/M

a (cm/s2)

利用描点法作图:以a, 1/M分别为横坐标、纵坐标作图(成线性关系,应为一直线)

实验结论

加速度与外力之间成线性关系。

2.加速度与质量的倒数之间成正比关系。

 (加速度与质量之间的反比关系)

实验中的注意问题

1、 光电计时器一定要调到加速度、并通过转换键调到显示速度和加速度

2、 光电门之间距离要调到 50cm, 选择合适的遮光片。

3、 气垫导轨使用前一定要调水平

4、 第二定律中的质量一定不要认为是滑块的质量,让总质量保持不变时,不要再向运动系 统中添加砝码。

5、 作图要使用 铅笔 ,先描点,描点要清晰,然后使用直线连接各点(或平均分布于直线两 侧,严重偏离的数据剔除) 。

思考题

1. 实验中如果导轨未调平,对验证牛顿第二定律有何影响,得到的图将是什么样的?图线 偏移原点

2. 如何尽量减小误差?气垫导轨要尽可能水平等

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