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1、-精选文档 -怀 化 学 院大 学 物 理 实 验实验报告系别姓名数学系年级2010 专业 信息与计算班级10 信计 3 班张 三学号10094030*组别 1实验日期2011-4-10实验项目 :验证牛顿第二定律可编辑-精选文档 -【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 】(应记录具体型号规格等，进实验室后按实填写 )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 】(在理解基础上，简明扼要表述原理，主要公式、重要原理图
2、)1、速度测量挡光片宽度s 已知，用计时测速仪测出挡光片通过光电门时的挡光时间t,即可测出平均速度，因s 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： v limsdsstdttt 0MUJ-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v1 、 v2 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。av2v1tMUJ-5B 计时仪能直接计算并显示加速度。可编辑-精选文档 -3、牛顿第二定律验证在右图由 m1 、 m2 构成的系统中，在阻力忽略不计时，有：m2 g(m1m2 )a令 Fm2 g ， Mm1m2 ，则有
3、 FMa令 Mm1m2 不变，改变 Fm2 g （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 Fm2 g不变，改变 Mm1m2 (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 】(实验内容及主要操作步骤)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
4、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m滑块 ，测速仪功能选“加速度” ， 按上图所示放置滑可编辑-精选文档 -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
5、码（即m210g ），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 】(数据不必在报告里再抄写一遍，要有主要的处理过程和计算公式，要求用作图法处理的应附坐标纸作图或计算机打印的作图)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172165相对误差：4.2%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
6、 的关系如下：可编辑-精选文档 -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/s 2 ,实际合外力 F=10 克力 9800 93429800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 】(每个实验报告应有明确的实验结论或结果，本实验为验证性实验，应清楚表述实验的结论)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。实验分析：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；
7、3. 气流波动的影响；4. 本地重力加速度近似取 980cm/s 2 。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，空气阻力增加也可编辑-精选文档 -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。对多人一组的，应注明合作者合作者：无怀 化 学 院 实 验 数 据 记 录 纸实验名称：验证牛顿第二定律实验时间：2011年 * 月 * 日_数学系 _ _系10 级信计专业* 班教师签名：姓名张 三学号100940*数据记录：表 1速度测量练习数据记录表12345v1 (cm / s)
8、v2 (cm / s)表 2加速度测量练习数据记录表m 滑块 =_g次数砝码及盘质量 (g)v1 (cm/s)v2 (cm/s)a (cm/s 2 )15210315表 3验证加速度与合外力关系数据记录表可编辑-精选文档 -m 滑块 = 139.8 g， M=m滑块 +5m 0 = 165gm2 (g)a (cm/s2)a (cm/s 2)m 0528.4229.0228.6428.8528.3128.652m 01056.7556.9456.7456.6656.8056.783m 01585.2385.4785.0085.4885.4785.334m 020114.24114.12113.9
9、6113.30114.19113.965m 025142.87143.59142.97142.88143.36143.13表 4验证加速度与质量关系数据记录表m 2= 10 g , m滑块 = 139.8 g， m = 50 gM (g)a (cm/s 2)a (cm/s 2)mm15062.3762.7263.0062.5262.8862.70滑块 2mm m20047.5747.0147.3247.3947.3047.32滑块2mm 2m25038.6438.0238.2438.2037.9538.21滑块2m滑块 m2 3m30031.5331.4531.4431.4531.5231.48mm 4m35027.2927.1127.2627.0427.0027.14滑块2可编辑