大学物理实验 牛顿第二定律的验证.docx

大学物理实验 牛顿第二定律的验证实验一 牛顿第二定律的验证 实验目的 1熟悉气垫导轨的构造，掌握正确的使用方法。 2学会用光电计时系统测量物体的速度和加速度。 3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 Fma . 验证此定律可分两步 验证m一定时，a与F成正比。 验证F一定时，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、滑块的质量和滑轮的折合质量的总和. 在导轨上相距S的两处放置两光电门k1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v1和v2，则系统的加速度a等于 a=v2-v1 2S22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，则系统的加速度为 Dd21122 a=1(v2-v1)=(2-2) 2S2SDt2Dt1其中Dd为遮光片两个挡光沿的宽度如图1所示。在此测量中实际上测定的是滑块上遮光片经过某一段时间的平均速度，但由于Dd较窄，所以在Dd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Dt越小，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。 d 图1 实验内容 1观察匀速直线运动 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，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； 给导轨通气，并检查气流是否均匀； 选择合适的挡光片放在滑块上，再把滑块置于导轨上； 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，对于同一个挡光片而言，滑块经过两光电门的时间就相等，即Dt1=Dt2。 2验证牛顿第二定律 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L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，在滑块上放入质量为m1的砝码，用天平测得系统的总质量m，测量滑块经过两光电门的加速度a1 ； 3）从滑块上取下质量为Dm的砝码加至砝码盘中，测出加速度a2 ； 4）从滑块上依次取下质量为Dm砝码，放入砝码盘中，求出a3，a4 。 5）用作图法处理数据，验证加速度与外力之间的线性关系。 保持外力不变，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）令砝码的质量m1不变，改变滑块的质量m2 ，在滑块上每次增加Dm砝码，测出a 。 3）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 数据处理 1保持系统总质量M不变的条件下，测出加速度a与外力F之间的相关数据。并用作图法处理数据，验证加速度与外力之间的线性关系。 M= g 5g 10g 15g 20g 25g F(N)=mg a 作图F-a 2外力F不变的条件下，测出系统质量M与加速度a 的相关数据。并用作图法处理数据，验证加速度与质量之间的反比关系。 F= N M 1/M a 作图F-1/M 思考题： 对于Fa图，如果直线不过原点，试分析其原因。