物理牛顿第二定律实验论文

1牛顿第二定律验证实验论文摘要：牛顿第二定律是质点动力学的基本方程，给出了力、质量、加速度三个物理之间的定量关系，是经典力学的重要理论之一。气垫导轨是一种较为理想的力学实验设备。它利用从导轨表面喷出的压缩空气，在导轨与滑行器之间形成空气薄膜，浮起滑块，使滑块悬浮在导轨表面，从而大大减少了物体运动时的摩擦阻力，为力学测量创造了比较理想的实验条件。故此多用于牛顿运动定律、谐振动的研究等。关键字：牛顿第二定律气垫导轨实验目的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。3．验证牛顿第二定律。4．学会测量物体的速度和加速度。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、砝码及托盘等。实验原理F=Ma牛顿第二定律：物体受到外力作用时，它所获得的加速度a的大小与合外力F的大小成正比，与物体的质量M成反比；加速度a的方2向与合外力F的方向相同。F为系统所受合外力，M为系统的总质量，a为系统的加速度。公式表明:当系统总质量不变时，物体运动的加速度与其所受的合外力成正比；当物体所受合外力不变时，则物体的加速度与系统的总质量成反比。本实验将在气垫导轨上进行，由于系统质量M远大于滑块与导轨之间的黏性阻力和滑轮的摩擦阻力，故此忽略滑块与导轨之间的黏性阻力及滑轮的摩擦阻力等。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）的重力减去阻力，在本实验中阻力可忽略，因此砝码的重力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Svva22122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)11(2)(21212222122ttSdvvSa其中d为遮光片两个挡光沿的宽度如图1所示，实验装置如图2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3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。实验内容与步骤实验之前，将气垫导轨调成水平，并使数字毫秒计处于正常工作状态。1.验证M一定时，a与F成正比（1）打开数字毫秒计时器，选择“加速度”档，将细尼龙线的一端接在滑块上，另一端绕过滑轮后悬挂一砝码盘，先把所有砝码都放在滑块上，并将滑块置于第一个光电门外侧，使挡光片距离第一个光电门约20cm处，松开滑块，并记录滑块通过两个光电门的时间,以及滑块从第一个光电门到第二个光电门的时间△t，然后按数字毫秒计时器面板的转换键，分别记录v1、v2和加速度a。将实验数据记录于表-1中。（2）逐次从滑块上取下砝码加到砝码盘上，重复上述的测量。（3）从表-1中取5组数据，用作图法处理数据，验证加速度与外Δd图14力之间的正比关系2.验证F一定时，a与M成反比（1）打开数字毫秒计时器，选择“加速度”档，将细尼龙线的一端接在滑块上，另一端绕过滑轮后悬挂到一个装有一定量砝码的砝码盘上，将滑块置于第一个光电门外侧，使挡光片距离第一个光电门约20cm处，松开滑块，并记录滑块通过两个光电门的时间,以及滑块从第一个光电门到第二个光电门的时间△t，然后按数字毫秒计时器面板的转换键，分别记录v1、v2和加速度a。将实验数据记录于表-2中。（2）逐次改变滑块的质量(通过改变配重)，重复上述的测量（3）从表-2中取5组数据，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与处理挡光片的挡光距离d=cm滑块的质量m=gM=m砝码+m滑块表-1系统总质量不变时的实验数据次数砝码质量m(g)光电门t1(ms)光电门t2(ms)两光电门△t(ms)速度v1Cm/s速度v2Cm/s加速度aCm/s2123545作图F-a分析其斜率的物理意义,看F与a之间是否存在线性关系表-2合外力不变时的实验数据次数滑块总质量m(g)光电门t1(ms)光电门t2(ms)两光电门△t（ms)速度v1Cm/s速度v2Cm/s加速度aCm/s212345作图a-1/M分析斜率含义，看其图像是否为一直线作完以上两个图后，通过求斜率分别计算总质量和合外力的实验值，与实际值（理论值）比较，分别计算相对百分误差B=｜理实理mmml×100%和B=ǀ理实理FFF-l×100%注意事项（1）实验中严禁导轨受碰撞、重压，以免造成变形与损伤（2）应先通气再放滑块，不允许未通气时强行在导轨上推动滑块；实验完毕后要先取下滑块再关闭气源（3）实验时滑块速度不应太大，挡光片不要碰到光电门（4）实验中要保证细线在滑轮上，细线长度要适宜，太长则砝码6盘可能在滑块通过第二个光电门之前就落地（5）称量滑块质量时，滑块上的细尼龙绳不要解下，其质量一并算在滑块的质量内（6）实验前，导轨应尽量调水平实验结论根据所画的图表分析其物理含义，在一定误差允许范围内便可验证牛顿第二定律撰写时间：2012-12-26参考文献主编李书光《大学物理实验》科学出版社主编赵近芳《大学物理学》北京邮电大学出版社主编覃以威《大学物理实验（I）》广西师范大学出版社主编杨述武《普通物理实验》（力学、热学部分）高等教育出版社主编方利广《大学物理实验》同济大学出版社