《大学物理(一)》实验报告

中国石油大学 华东 现代远程教育 实验报告 课程名称 课程名称 大学物理大学物理 一一 实验名称 实验名称 速度 加速度的测定和牛顿运速度 加速度的测定和牛顿运 动定律的验证动定律的验证 实验形式 在线模拟实验形式 在线模拟 现场实践现场实践 提交形式 在线提交实验报告提交形式 在线提交实验报告 学生姓名 学生姓名 朱建军朱建军 学学 号 号 1645213200216452132002 年级专业层次 年级专业层次 网络秋高起专油气开采技网络秋高起专油气开采技 术术学习中心 学习中心 胜利油田滨南教学服务站胜利油田滨南教学服务站 提交时间 2017 年 6 月 6 日 一 实验目的一 实验目的 1 学习气垫导轨和电脑计数器的使用方法 2 在气垫导轨上测量物体的速度和加速度 并验证牛顿第二定律 二 实验原理二 实验原理 1 用天平测出小车和小桶的质量 M 和 M 记录数据 在小车上加砝码 小桶里放入适 量的沙 使小桶和沙的总质量远小于小车和砝码的总质量 把砝码和沙的质量 m 和 m 记 下来 2 按照图把实验器材安装好 只是不把悬挂小桶用的细绳系在车上 即不给小车加 牵引力 3 平衡摩擦力 在长木板的不带定滑轮的一端下面垫小木垫 反复移动木垫的位置 直至小车在斜面上运动时可以保持匀速直线运动状态 这时 小车拖着纸带运动时受到的 摩擦阻力恰好与小车所受的重力在沿斜面方向上的分力平衡 4 把细绳系在小车上并绕过滑轮悬挂小桶 接通电源 放开小车 打点计时器在纸带 上打下一系列的点 取下纸带 在纸带上标上该纸带的号码 5 保持小车的质量不变 改变沙的质量 即改变小车所受牵引力 再做几次实验 在 实验中一定要使沙和小桶的总质量远小于小车和砝码的总质量 在每条纸带上都选取一段比 较理想的部分 按照 研究匀变速直线运动 实验中求加速度的方法 计算出各条纸带对 应的加速度的值 根据实验数据 画出小车所受牵引力 即桶和沙的总重力 M m g 跟 小车加速度 a 之间关系的图 三 实验器材三 实验器材 打点计时器 纸带及复写纸片 小车 附有定滑轮的长木板 薄木垫 小桶 细绳 沙 学生天平 带一套砝码 刻度尺 砝码 四 实验内容四 实验内容 像 a F 图像 6 保持沙和小桶质量不变 在小车上加砝码 重复上面的实验 然后画出质量倒数 与加速度 a 之间关系 a 的图像 3 注意事项 1 使沙和小桶的总质量远小于小车和砝码的总质量 2 平衡摩擦力时不要挂小桶 应连着纸带 且接通电源 判断小车是否作匀速直线运 动可以直接观察 也可以用打点计时器打出的纸带判定 各点间间距相等 3 小车应紧靠打点计时器 先接通电源后才放手 4 画 a F 和 a 图像时 应使所描的点均匀分布在直线两侧 4 难点突破 1 数据处理 需要计算各种情况下所对应的小车加速度时 使用 研究匀变速直线运动 的方法 先在纸带上标明计数点 测量各计数点间的距离 根据公式 a 计算加速度 需要记录各组对应的加速度与小车所受牵引力 F 然后建立直角坐标系 纵坐标表示 加速度 a 横坐标表示作用力 F 描点画 a F 图像 如果图像是一条直线 便证明 T 加速 度与作用力成正比 再记录各组对应的加速度与小车和砝码总质量 然后建立直角坐标系 用纵坐标表示 加速度 a 横坐标表示总质量的倒数 描点画 a 图像 如果图像是一条直线 就证明了加速度与质量成反比 五 实验数据五 实验数据 研究加速度与质量成反比 跟力成正比实验中所采用的牵引力由细绳来提供 而计算 时 采用的是桶和沙所受的总重力 M m g 这二者之间存在着差异 当桶和沙通过细 绳与小车一起运动时 由于桶和沙也做匀加速直线运动 故其所受合外力不为零 即 M m g F F 为细绳上的张力 也是细绳对小车的拉力 因此 用这种方法得到的结 果必然存在误差 因此本实验要求桶和沙的总质量远小于车和砝码的质量 此时 M m 相对于 M m 可以忽略 则 M m a 相对于 M m a 可以忽略 即 F 近似等于 M m g 因此 理论上说 桶和沙的总质量与小车和砝码的总质量相比越小 误差越小 平衡摩擦力时 如果忘记了这一步 就会出现如图甲所示的 a F 图像 这种情况下 直线不过原点 但是如果平衡摩擦力时斜面倾角过大 也造成误差 形成如图乙所示的 a F 图像 因此实验中如果出现图示的情况 应检查平衡摩擦力造成的偏差 三 好题精析三 好题精析 例题 1 某同学设计了一个探究加速度与物体所受合力 F 及物体质量 m 的关系实验 如图 a 所示为实验装置简图 A 为小车 B 为打点计时器 C 为装有沙的沙桶 D 为一端带有定 滑轮的长方形木板 实验中认为细绳对小车拉力 F 等于沙和沙桶总重量 小车运动加速度 a 可用纸带上的点求得 1 图 b 为某次实验 得到的纸带 交流电 的频率为 50Hz 试由图中数据求出 小车运动的加速度 a m s2 2 保持沙和沙桶质量不变 改变小车质量 m 分别得到小车运动的加速度 a 与质量 m 及 对应的 1 m 数据如下表 次数12345678 小车加速度 a m s2 1 9 0 1 7 2 1 4 9 1 2 5 1 0 0 0 7 5 0 5 0 0 3 0 小车质量 m kg 0 2 5 0 2 9 0 3 3 0 4 0 0 5 0 0 7 1 1 0 0 1 6 7 1 m kg 1 4 0 0 3 5 0 3 0 0 2 5 0 2 0 0 1 4 0 1 0 0 0 6 0 根据上表数据 为直观反映 F 不变时 a 与 m 的关系 请在方格坐标纸 c 中选择恰当物理量 建立坐标系 并作出图线 从图线中得到 F 不变时小车加速度 a 与 l m 之间定量关系式为 3 保持小车质量不变 改变沙和沙桶的重量 该同学根据实验数据作出 l 了加速度 a 与合 力 F 图线如图 d 所示 该图线不通过原点 明显超出偶然误差范围 其主要原因是 四四 变式迁移变式迁移 1 某学生想了解所居住高楼内电梯运行的大致 规律 他设计一个利用体重计来进行测量和研 究的方案 1 把体重计平放在电梯的地板上 他站在 体重计上 请两位同学协助他观察体重 计示数的变化情况 并记录电梯运行时 不同时刻体重计的示数 2 将两位同学随机记录的 7 个数据列表 由于不知记录时刻的先后 故表格数据 按从小到大的次序排列 并相应标明 t1 t2 t7 记录时电梯作平稳运动 3 对实验数据进行分析研究 了解电梯的运行情况 并粗略测定电梯的加速度 思考 回答下列问题 在测量时该学生所受的重力将 填 变大 变小 不变 如果先记录到的是较小的示数 后记录到的是较大的示数 则记录时电梯相应的运动可 能是 A 先加速下降后匀速下降 B 先匀速下降后减速下降 C 先匀速上升后减速上升 D 先加速上升后匀速上升 观察次数时刻体重计读