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大学物理实验报告[验证牛顿第二定律]
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时的挡光时间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)m0528.4229.0228.6428.8528.3128.652m01056.7556.9456.7456.66
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