《實(shí)驗(yàn)三 驗(yàn)證牛頓第二定律》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《實(shí)驗(yàn)三 驗(yàn)證牛頓第二定律（5頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、 實(shí)驗(yàn)三 驗(yàn)證牛頓第二定律 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1、 進(jìn)一步熟悉氣墊導(dǎo)軌和電腦計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)儀的調(diào)整和操作； 2、 學(xué)習(xí)在低摩擦條件下研究力學(xué)問(wèn)題的方法； 3、 用氣墊導(dǎo)軌驗(yàn)證牛頓第二定律。 二、實(shí)驗(yàn)儀器 氣墊導(dǎo)軌、滑塊、U型檔光片、MUJJB-5型電腦計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)儀、墊塊等. 三、實(shí)驗(yàn)原理 1、瞬時(shí)速度的測(cè)量 物體作直線運(yùn)動(dòng)，在時(shí)間內(nèi)經(jīng)過(guò)的位移為，則物體在時(shí)間內(nèi)的平均速度，當(dāng)，我們可得到瞬時(shí)速度 。但在實(shí)際測(cè)量中瞬時(shí)速度的測(cè)量是非常困難的。在一定誤差范圍內(nèi)，可以采用極短的內(nèi)的平均速度近似地代替瞬時(shí)速度。在氣墊導(dǎo)軌實(shí)驗(yàn)中，在滑塊上裝上U形擋光片，如圖1所示。 當(dāng)滑塊在氣軌

2、上自左向右運(yùn)動(dòng)經(jīng)過(guò)光電門(mén)時(shí)，擋光片A的前緣11/ 遮擋光電門(mén)光源時(shí)，電腦通用計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)時(shí)；擋光片B的前緣22/ 遮擋光源時(shí)，電腦通用計(jì)數(shù)器停止計(jì)時(shí)；毫秒計(jì)測(cè)出擋光片距離通過(guò)光電門(mén)的時(shí)間，則可認(rèn)為滑塊通過(guò)光電門(mén)的瞬時(shí)速度為： （1） 圖1 U型檔光片 愈小，測(cè)出的平均速度愈接近滑塊在該處的瞬時(shí)速度。 2、加速度的測(cè)量 氣軌上A、B處兩個(gè)光電門(mén)之間的距離為，在單腳螺絲下面放高度為h的墊塊，如圖2所示。在忽略空氣阻力的情況下，滑塊在氣軌上作勻加速直線運(yùn)動(dòng)。由電腦通用計(jì)數(shù)器測(cè)出滑塊通過(guò)兩個(gè)光電門(mén)的時(shí)間、，可算

3、出滑塊在兩個(gè)光電門(mén)處的瞬時(shí)速度、，通過(guò)兩光電門(mén)的時(shí)間間隔t, 則加速度可利用關(guān)系式2計(jì)算得到。 由于電腦計(jì)數(shù)器有記憶運(yùn)算功能，測(cè)量前只要輸入檔光片的寬度值就可直接測(cè)出滑塊運(yùn)動(dòng)的速度、加速度值。 或 （2） 圖2 物體斜面下滑圖 3、氣軌法測(cè)重力加速度 如果空氣摩擦的影響可以忽略不計(jì)，則所有落地的物體都將以同一加速度下落，這個(gè)加速度稱為重力加速度g。將氣軌一端單腳下加墊塊成斜軌如圖所示。 沿氣軌斜面下滑的物體，其加速度為。若角很小，，所以: ???? (3) 其中h為導(dǎo)軌調(diào)水平后一端墊起的高度，L為導(dǎo)軌前后角兩支點(diǎn)的

4、距離。分別測(cè)得滑塊下滑 加速度、墊塊高度h及導(dǎo)軌前后角兩支點(diǎn)的距離L,即可求出重力加速度值。 4、 驗(yàn)證牛頓第二定律 方法一 氣墊導(dǎo)軌調(diào)成水平狀態(tài)，將系有砝碼盤(pán)及砝碼的細(xì)線跨過(guò)氣軌滑輪與滑塊相連接如圖3所示。在略去摩擦力、不計(jì)滑輪和線的質(zhì)量、線不伸長(zhǎng)的條件下，根據(jù)牛頓第二定律，則有： （4） （5） 式中，為滑塊的質(zhì)量，為砝碼盤(pán)和砝碼的質(zhì)量，為細(xì)線的張力，為滑塊的加速度，為本地重

5、力加速度。解式（4）和式（5），可得: (6) 式（6）中，為砝碼盤(pán)和砝碼的重力，為系統(tǒng)的質(zhì)量，為滑塊運(yùn)動(dòng)加速度。 、 圖3 驗(yàn)證牛頓第二定律 方法二（本實(shí)驗(yàn)采用的方法） 將氣墊導(dǎo)軌單腳螺釘下加墊塊導(dǎo)軌成斜狀如圖5-1-5所示。若不計(jì)阻力，則滑塊從導(dǎo)軌上端自由下滑所受的合外力就是下滑分力，。假設(shè)牛頓第二定律成立，有，。將實(shí)驗(yàn)測(cè)得的加速度與理論加速度進(jìn)行比較，計(jì)算相對(duì)誤差。如果誤差是在可允許的范圍（<5%），即可認(rèn)為 ，則驗(yàn)證了牛頓第

6、二定律。（本地可查得） 5、定性研究滑塊所受的粘滯阻力與滑塊速度的關(guān)系 用氣墊導(dǎo)軌實(shí)驗(yàn)時(shí)，滑塊實(shí)際要受到氣墊和空氣的粘滯阻力?？紤]阻力時(shí)，滑塊的動(dòng)力學(xué)方程應(yīng)為，。比較不同傾斜狀態(tài)下的平阻力與滑塊的平均速度，可以定性得出阻力與運(yùn)動(dòng)速度的關(guān)系。 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟 一、氣軌的調(diào)平 1、粗調(diào)：調(diào)節(jié)雙腳螺釘和單腳螺釘大致等高。電腦計(jì)數(shù)器與光電門(mén)連接上。打開(kāi)氣源放上滑塊（注意：必須先開(kāi)氣源，再放滑塊），使滑塊浮起，如果滑塊始終向一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，說(shuō)明氣軌向該方向傾斜，調(diào)節(jié)單腳螺釘，直到滑塊保持不動(dòng)或稍有滑動(dòng)，但無(wú)一定方向性，即可認(rèn)為大致水平。 2、細(xì)調(diào)：采用動(dòng)態(tài)調(diào)平方法?；瑝K上裝1.00c

7、m檔光片，按住轉(zhuǎn)換鍵檢查檔光片寬度設(shè)定為1.00cm，將兩個(gè)光電門(mén)分別放在氣軌上相距一定距離的兩處（大約50—70厘米），中速推動(dòng)滑塊，使滑塊在氣軌上來(lái)回運(yùn)動(dòng)，調(diào)節(jié)單腳螺釘，使滑塊向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，<1ms ；使滑塊向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，<1ms；則可認(rèn)為氣軌水平已調(diào)好。由于不可避免的摩擦力的存在，一般通過(guò)第二個(gè)光電門(mén)的時(shí)間略大于第一個(gè)。 （注：電腦計(jì)數(shù)器功能選擇計(jì)時(shí)s2，單位為時(shí)間ms、s，測(cè)得的是時(shí)間間隔，如單位為cm/s，則測(cè)得的是速度v） 二、測(cè)滑塊運(yùn)的加速度，驗(yàn)證牛頓第二定律（本實(shí)驗(yàn)采用方法二） 電腦計(jì)數(shù)器功能選擇加速度。導(dǎo)軌水平狀態(tài)下，在單腳螺釘下面分別加一個(gè)、二個(gè)、三個(gè)墊塊。讓滑塊由固定

8、點(diǎn)靜止下滑。記錄滑塊分別通過(guò)兩個(gè)光電門(mén)的速度、及運(yùn)動(dòng)加速度，各重復(fù)5次，計(jì)算。用游標(biāo)卡尺測(cè)出墊塊高度h，用鋼卷尺測(cè)出氣軌單腳螺釘?shù)诫p腳螺釘之間的垂直距離。填入表二，按表格數(shù)據(jù)處理要求計(jì)算實(shí)驗(yàn)結(jié)果，寫(xiě)實(shí)驗(yàn)結(jié)論。 三、定性研究滑塊所受的粘滯阻力與滑塊速度的關(guān)系（選做） 用電子天平稱量滑塊的質(zhì)量，計(jì)算四種不同傾斜狀態(tài)下滑塊受到的平均阻力，并考察四種不同傾斜狀態(tài)下滑塊的平均速度，通過(guò)分析比較，得出與的定性關(guān)系，寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。 五、選做在氣軌上測(cè)量重力加速度。方案擬定，數(shù)據(jù)記錄表格自己設(shè)計(jì)。 五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)果 表一 加速度測(cè)量及牛頓第二定驗(yàn)證 （檔光片寬度） 導(dǎo)軌前后腳距離L=_____

9、___cm 滑塊質(zhì)量m=________g 測(cè)量量 數(shù)據(jù) 墊塊高度 次序 (cm/s) (cm/s) =___cm 六、注意事項(xiàng) 1．氣墊導(dǎo)軌的軌面不許敲、碰，如果有灰塵污物，可用棉球蘸酒精擦凈。

10、2．滑塊內(nèi)表面光潔度很高，嚴(yán)防劃傷，更不容許掉在地上。 3．實(shí)驗(yàn)時(shí)保持氣墊導(dǎo)軌的氣流通暢，只有氣軌噴氣，才可將滑塊放在氣軌上，實(shí)驗(yàn)完畢后，先從氣軌上取下滑塊，再關(guān)氣源，以避免劃傷氣軌。 4. 如氣軌不噴氣，滑塊長(zhǎng)時(shí)間放在氣軌上，會(huì)使氣軌變形。 5. 實(shí)驗(yàn)完畢，應(yīng)在氣軌上蓋布，以防灰塵污染氣軌。 七、思考題 1. 氣墊導(dǎo)軌調(diào)水平的目的是為了保證滑塊所受的__________為零，實(shí)驗(yàn)中考慮到滑塊 與導(dǎo)軌之間有空氣粘滯摩擦力存在，當(dāng)滑塊從左向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，調(diào)節(jié)單腳螺釘，使測(cè)出 滑塊經(jīng)過(guò)兩個(gè)光電門(mén)的時(shí)間差 ____ms, 并且從右向左運(yùn)動(dòng)時(shí)情況相同，則可認(rèn)為氣軌達(dá)到水平。 2. 為了保護(hù)氣墊導(dǎo)軌的表面和滑塊的內(nèi)表面，操作時(shí)應(yīng)先____________，后放_(tái)_________；_實(shí)驗(yàn)結(jié)束，應(yīng)先______________，后___________。 5