牛顿第二定律EX

1、牛顿第二定律实验设备:包括：PASCO Part #1PAScar动力学系统ME-69551运动传感器PS-21031高分辨率力传感器PS-21891带夹的灵敏滑轮ME-9448A1质量块和架子套件ME-89791物理实验用细绳SE-8050不包括但是需要:1850通用接口UI-50001PASCO Cap sto ne 软件UI-5400实验介绍:本实验的目的是为了验证一维系统的牛顿第二定律。在低摩擦的小车上施加一个 大小的力，以此来测量小车的加速度 实验原理:牛顿第二定律：' F = maF是施加在小车上的合力，m是小车的质量，a是小车产生的加速度。式中，F和a是 向量，由于我们只

2、是研究一维系统，所以只有一种力，垂直方向没有分量，因此公式归纳 为：F = ma在本实验中，加速度a需要通过速度一时间图来计算。这是因为加速度a的定义是每秒 钟速度的改变量，所以，速度一时间坐标图中的斜率等于加速度。实验设置:连接运动传感器到850通用接口 PASPORT俞入。确保运动传感器顶部的开关设置为“小 车。1. 将力传感器连接到PASPORT俞入端2 用长的翼形螺钉将力传感器连接到小车上，连接到力传感器之前先将小车的活塞 翻开。3 用两端可调支脚调节轨道水平。最简单的方法是用水平尺调整，也可以观察小车的 运动情况。如果使用水平尺，需检查平行、垂直于轨道的两个方向。4 在轨道的末端装上

3、运动传感器，如右图所示。调整运动传感器侧 面的对准旋钮，使其平行于轨道。5 在轨道的另一端夹紧滑轮。将它最后放置在桌子的边缘。附加限 位定档以防止损坏滑轮。6 将小车和力传感器组合在轨道上7. 在细绳一米长的末端打一个环。连接质量挂钩的凹槽到该环处。参加5克砝码至挂钩，总共10克包括5克挂钩。在细绳的另一末端打一个环，将它连接到力传感器的挂钩上。在滑轮上悬挂质量。调整细绳的长度，以便当小车活塞碰撞限位定档时质量略高于地 面时8 .通过调整滑轮来水平细线用眼仔细观察实验步骤A 传感器100 Hz1 从力传感器钩取出细绳，并按下力传感器“ ZERO'按钮。重新调整细绳。2 将小车尽快拉回，

4、尽量不要让质量挂钩碰到滑轮。3. 按下“记录按钮，当看到运动传感器灯变绿时，释放小车。4. 确保力传感器的绳子不会影响小车的运动。为了做好这些工作，手拿细绳至少在 车前方30厘米处，当小车运动时保持手正对着它，以便细绳没有拉动或者推动小车见右 边的视频。5. 当小车撞击到限位定档时按下“停止。6. 观察图表1，应该如下列图所示，加速度在2.5s和4.5s区域最重要，数据里如果有特别突出的峰值，请尝试调整运动传感器的角度和移动的所有对象远离赛道，包括你自己。 在屏幕的右下方点击删除上次运行的一些不好的数据。我们至少需要0.5s时间段的数据。如果噪声在实验数据的最后面的话，可以忽略。W17U二&a

5、mp;一5心/02468Time s)7 .点击左侧工具栏上的数据汇总按钮。双击运行你刚刚的实验数据，重新定义坐标, 设置Run 1为10克。再次单击数据汇总按钮将其关闭。8. 重复以上步骤2 7四次以上，分别在细绳的末端使用质量为 20克、30克、40克、50克的砝码。定义标签为20克Run 1,依次类推。不要再重复步骤1!实验结果分析：1 翻开速度的图表，在图表上方工具栏里面，点击运行选择工具中的黑色三角形， 选择“10 克 Run 1。在黑框外的任意地方单击然后关闭它。2点击选择工具图形工具栏，然后拖动选择框的句柄来选择运行初始加速局部， 现有的数据还是空白无峰值和线性的。写下你所选择的

6、时间范围。你将在下面的步骤 9 使用。3点击曲线拟合工具中的黑色三角形，选择线性。在黑框外的地方单击然后关闭它。4.在加速度值表中的“ al列的第1行的线性曲线拟合框中记录斜率m。精确到 小数点后 2位。你可以用曲线拟合中的齿轮图标调整。首先右键单击线性框中的任意位置。 然后左键点击齿轮图标曲线拟合属性，选择 2位固定小数。5 .再次点击曲线拟合工具的黑色三角形，关闭线性模式。6 .点击选择框中任意位置从步骤 2开始使该框变亮，然后点击 Remove Active Element 工具图形工具条。7. 对“20 克 Run 1模式重复上述实验步骤，在第 2行输入加速度的数值，对于所有 的五种运

7、行重复该步骤。8. 翻开力F的图表。在图标上方工具栏里点击运行选择工具， 然后选择“10克Run 1。 在黑框外的任意位置单击然后关闭它。9. 点击选择工具并拖动选择框的句柄，如步骤 2所示，选择相同的时间范围。10. 翻开统计工具图形工具条，在黑色的三角形处选择平均值。所选择的区域的 平均值应显示在屏幕上。 这里需要精确到 3位小数点。 翻开画面左侧的数据统计工具来精确 小数点，点击力在高分辨率力传感器下面，点击出现的齿轮图标，然后从弹出显示中选择3位固定小数。尽管数据看起来相当复杂，平均值可以限制在0.002 N内。在Force Values 表上的“ F1 列的第1行记录平均值。忽略当拖

8、动力传感器时引起的负号。11. 单击数据统计工具然后关闭它。12. 在选择框内单击使该框变亮，然后点击 Remove Active Element 工具。13 .对“20 g Run 1模式重复实验步骤 812，在第2行输入力的数值，对于所有的五种运行重复该步骤。实验步骤B：1 .增加小车的质量。2. 重复过程A，除了标注运行“ 10克Run 2等。3. 重复分析过程，除了在“ a2列输入加速度值，在“ f2列输入力的值。4 .以千克为单位测出小车和力传感器的质量，以及小车、传感器加上砝码后的质量 总和。这是一个有点棘手问题，我们不希望整个系统包括PASPORT连接器的质量，因为它不是加速系统

9、的一局部。这就象在做加速运行一样，你手拿着细绳比原有标度高约30厘米左右PASPORT连接器放在手中，而且你不是向上推动或向下推动这标度。如果你仔细测量那么结果可以精 确误差到1克以内。在下面输入你的测量值：a. 小车质量=kgb. 小车质量+砝码= kg不确定性:估计本实验的不确定性有一定的价值。有一个简单的方法，重复运行“50克 Run 2'两次以上，看加速度变化多少。在速度图表中“ a2列的第6 7行输入你实验中额外的两个 值。你估计加速度的不确定性有多少？心a =m/W问题：1 观察“力f加速度a图表，图1是小车和传感器上施加的力fl 加速度al的关系 图；图2是增加砝码质量后小车上施加的力f2 加速度a2之间的关系图。2 这些图满足牛顿第二定律吗？请完全解释一下你的答复？别忘记这里有不确定关系实验B表中的.胡。在误差允许范围