速度、加速度的测定和牛顿运动定律的验证

速度、加速度的测定和牛顿运动定律的验证 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: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: 学习中心: 提交时间: 年 月 日 一、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。 二、实验原理 1、 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时的挡光时间Δ t,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: ,sds,sv,,,瞬时速度: lim,tdt,t,t,0 MUJ-5B计时仪能直接计算并显示速度。 ,s2、 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v、v度和挡光片在两12光电门间的运动时间t，即可测出加速度a。 vv,21a ,t MUJ-5B计时仪能直接计算并显示加速度。 3、 牛顿第二定律验证 在右图由m、m构成的系统中，在阻力忽12 略不计时，有: mg,(m，m)a 212 F,Ma令，，则有 F,mgM,m，m212 令M,m，m不变，改变F,mg(将砝码依次从滑块上移到砝码盘上，122 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F,mg不变，改变M,m，m(在滑块上增加配重)，即可验证合外力不变212 时，加速度与质量的关系。 三、实验器材 汽垫导轨(含气源等附件)、MUJ-5B型计时计数测速仪、电子天平 四、实验内容 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。 m用电子天平称出滑块质量，测速仪功能选“加速度”， 按上图所示放滑块 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m,10g)，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2 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。 五、实验数据 1、由数据记录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 172,165相对误差: ,4.2%165 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。 2直线的斜率表示合外力，由上图可得:F=9342gcm/s,实际合外力F=10克力 9800,934222=10g*980cm/s=9800gcm/s，相对误差: ,4.7%9800 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。 六、结论 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:实验误差主要来源于以下方面: 1. 导轨未完全调水平; 2. 空气阻力的影响，细线、滑轮运动阻力的影响; 3. 气流波动的影响; 24. 本地重力加速度近似取980cm/s。 5. 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。 备注:该报告纳入考核，占总评成绩的10%。