大学物理实验报告(验证牛顿第二定律).doc

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： 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】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：MUJ-5B计时仪能直接计算并显示速度。2、 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。3、 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：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；4. 本地重力加速度近似取980cm/s2。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。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)m0528.4229.0228.6428.8528.3128.652m01056.7556.9456.7456.6656.8056.783m01585.2385.4785.0085.4885.4785.334m020114.24114.12113.96113.30114.19113.965m025142.87143.59142.97142.88143.36143.13表4 验证加速度与质量关系数据记录表m2= 10 g , m滑块= 139.8 g ，m= 50 g(g)(cm/s2)(cm/s2)15062.3762.7263.0062.5262.8862.7020047.5747.0147.3247.3947.3