氣軌上的實驗——速度、加速度的測量及牛頓第二定律的驗證

1、中國石油大學(xué)現(xiàn)代遠程教育課程實驗報告學(xué) 號：學(xué) 期：實驗名稱：氣軌上的實驗一一速度、 加速度的測量及牛頓第二定律的驗證小組成員:所屬教學(xué)站：姓 名：年級專業(yè)層次：實驗時間：小組合作：是O否O1、實驗?zāi)康模海?）熟悉氣軌的構(gòu)適、性能，掌程氣執(zhí)的調(diào)節(jié)及捉作方學(xué)習(xí)在氣軌上測定速發(fā)、加速度:并驗證牛頓第二定禪C3）孝握數(shù)字毫秒計和電腦通用殲數(shù)器的使用齊止確記錄數(shù)2、實驗設(shè)備及材料：蟄導(dǎo)軌*滑塊、璉碼、隕擅塊（鐵塊人光電計時系統(tǒng)零.3、實驗原理：L連度的測量當(dāng)物體作宜線運動時,如果在Z時間內(nèi)通過的位暮為氏“凰 物體在加時阿內(nèi)的平均速度芒工等，山越小平均速康就越接近 于某-時列的實際遠度*當(dāng)&亠0時,平均

2、逮度的極限值就是某時 刻（或該位宜）的瞬時越度】耳 F JLBI= -但實際測塑申計時裝宜不可能記下扣f 0的時間來，因而用 此式直接測得理度就睢以實現(xiàn)牛只賈X很糰JS對應(yīng)的短時間 3就能以薯逼近篇*本實驗取心為定（a10min）t用光電if 時器測出&瞞后燈算出陽即“=憲.缶射速度的測壷0）由也衣鞏十型猖出in連度凹.(1)由得出加速度a在氣軌上滑塊運動經(jīng)過相隔一定距離的兩個光電門的速度分 別為s、s,經(jīng)過兩個光電門之間的時間為如，則有式(5-33兒(5-33)(2)由U2=v?H-2：$ % =(引 + ytfOf= s + rat(536)tz作出9_f圖，如果尼直線，說明物體作勻加速運

3、動，直線的斜 率為寺a以上介紹了3種測疑加邃度a的方法.具體測就時先把氣軌 調(diào)加平，使滑塊在水平方向受一恒力的作用，那么滑塊的運動為勻 加速運動.也可先將氣軌調(diào)水平，然后將一端墊高為乩便導(dǎo)軌傾 斜，滑塊在傾角為0的導(dǎo)軌下滑,其運動也是勻加速運動3. 臉證牛頓第二定律方法一;實撿裝畫如圖5-39所示，當(dāng)質(zhì)屍為m的滑塊，在傾 斜度為0的氣軌上下滑時，若忽略滑塊和導(dǎo)軌之間空氣層的粘滯 阻力，其公式為，加滬in 9=ma3.驗證牛瞰弟二定律方法一】實驗裝置如圖5-39折示，當(dāng)質(zhì)&為m的滑塊，在傾 斜度為0的氣軌上下滑時，若忽略滑塊和導(dǎo)軌之間空氣層的粘滯 阻力，其公式為，mgsin 6=ma當(dāng)導(dǎo)軌的傾斜

4、度較小時力sin & ：枷g乎那么一 2刊aa=g工式中M是墊塊的髙度憶是兩端底腳螺釘間的距離.加眾材物體在氣軌上向下滑的距離取為定值$，改變墊塊的 高度為居/”，兒,每次均從同一頂端下滑測出初速5和耒速 S，即可求出sin 0逹與加連度創(chuàng)之間為直線關(guān)系，說明加速度與 外力(mgsin 0)成正比。方法二:在水平氣軌上放一的滑塊，用尼龍線通過滑 輪與祛碼枷2相連，實驗裝査如圖5-40所示。若忽略導(dǎo)軌與滑輪之 間及滑輪軸的摩擦力，不計滑輪質(zhì)最且線不伸長，根據(jù)牛頓第二定 律有式(5-37)：(5-37)圖540滑塊左水平9軌上的運動式中的巾+加2楚運動物體系統(tǒng)的總質(zhì)量;gg是物體系統(tǒng)在運 動方向所

5、受的合外力。若令；F =M =式(537)可以寫成，a= M(538)由式(5-38)可以看岀，當(dāng)保持M不變時4與P成正比；當(dāng)保持F 不變時蟲與M成反比.實驗時，在保持系統(tǒng)質(zhì)量不變的情況下，改變F，即改變祛碼 盤中畦碼的質(zhì)星，使運動方向所受合外力為&、碼，并利用式 (5-34)測出勺、血。若在諛遽允許的范囤內(nèi)，滿足 =夕：， 便驗證了系統(tǒng)質(zhì)址不變的悄況下與F成正比還可以利用上述 a和F的數(shù)據(jù)作圖，若a-F圖為宜線，式(5-38)14到臉芯同樣，保持F不變,逐次向滑塊增加不同逐曲的質(zhì)貳塊實驗 系統(tǒng)質(zhì)雖改變?yōu)镸 ；M ；，并分別測出加速度4、a；若在謀差允許的范幗內(nèi)滿足M ； d嚴M ； a；，便

6、驗證了合外力不 變時皿與M成反比。若用作圖法驗證此關(guān)系，可以作水與寺的關(guān)蔡曲線若/一 古揃直線*式出七時得到驗證“4-利斷理論與實驗是否相符驗證性實驗，必?zé)┯嬎憷碚撝笛净伺c實驗值比校才有意義*若 符含公式T-卷 I W+ 1）調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌水半辰光電1+時系址處在疫用狀態(tài)C儀器 岡節(jié)及使用方法才請認真圜讀附錄兒驗證當(dāng)基統(tǒng)質(zhì)億不變時加速度與所受外力成正比口把磁 碼放在滑塊上把系有磁碼盤的尼撼線，通過氣墊滑輪與懵塊相 痙9赭滑塊移至遠離滑輪一端放開后，潸快從靜止開始作勻加建 運功.分別i己下滑塊經(jīng)過兩光電門的時冋 山“&站奠復(fù)&吹，計 葬力口速度值（35分兩次從滑塊上取111袪碼放進怯碼盤里，改變巧

7、重復(fù)步4）騷證當(dāng)衆(zhòng)統(tǒng)所受外力不變時，系統(tǒng)的加速度與質(zhì)fit成反 比0保持舷碼盤中的磁碼不變先后將庾更塊加在滑塊上，恆其駅 量分別為M，測出相應(yīng)時間心“上計算加速度值且驗證 A/；=AJ N；=恒ft5 實驗數(shù)據(jù)處理過程：質(zhì)量不變時 加速度與外力成正比的數(shù)據(jù)記錄：S= 1 mx =0.01 m 滑塊質(zhì)量=0.3 kgm2 / kg次 數(shù)t /s/ 1 v1 / mst2 / Sv2 / ms 1a / ms 2a/ ms2/ 2 aii / ms10.100.10.050.20.0150.01420.014420.110.090.0510.190.015p.014230.110.090.0520

8、.190.014p.014240.100.10.0510.190.0130.014250.110.090.0520.190.014p.014210.120.1250.0400.330.0270.0270.02920.120.1250.0400.330.02730.120.1250.0400.330.02740.120.1250.0400.330.02750.120.1250.0300.330.02710.130.0770.025 ：0.40.077:0.077:0.07520.130.0770.0250.40.07730.130.0770.0250.40.07740.130.0770.025

9、10.40.07750.130.0770.0250.40.077第一種情況a =0.0142ali =0.0144實=4.14728827066554E-030.a理a實所以理論正確0.0142=0.0158第二種 a =0.027ali =0.029實=9.14728827066554E-030|0.027-0.029|=0.0020.0124第三種情況 a =0.077aH =0.075實=1.14728827066554E-0200.0020.0210所以理論正確物體所受外力不變時，加速度與質(zhì)量成反比的數(shù)據(jù)記錄表：M / kg次 數(shù)t / sV| / ms 1t2 / sv2 / ms

10、1a / ms 2a/ms 2/ 2 ali / ms10.100.10.050.20.0150.01420.01440.110.09 n0.0510.190.0150.014230.110.090.0520.190.0140.014240.100.10.0510.190.0130.01420.110.09 d0.0520.190.0140.014210.130.1350.0340.310.01200.01230.012220.120.1250.0410.330.0121)0.120.123 d0.0400.320.012440.120.1250.0390.330.012350.120.135

11、0.0390.340.0122p0.130.071 H0.0230.410.01080.01080.010520.130.0770.0250.400.010830.120.0730.0230.420.01080.130.077 n0.0250.430.010850.130.0720.0250.420.01086 實驗結(jié)果的評定及分析:7 問題討論:思老題b在驗il窘質(zhì)量不變時（方法二人粉體加速度與合處力吐正 比時，這個不變的質(zhì)壹指的是什么？在實驗中怎樣保持它不變？2,在實騷中，若氣軌未調(diào)節(jié)到水平狀態(tài)對所測的住值常何 彩嘖I?3從本實驗求瞬時速度的方法中張何休會驛時速度是平均 速度的扱限值？4實騒時，如杲皇碼盤在不斷見動對實瑕是否會有君響？為 什么？問答題答案：1. 指的是滑塊的質(zhì)量不變調(diào)節(jié)氣軌水平后，將一定質(zhì)量的砝碼盤通過滌綸帶經(jīng)氣軌滑輪與滑塊相連。設(shè)滑塊的質(zhì)量為m,，滑塊本身所受重力為 m,g，氣墊對滑塊的漂浮力為P,此二力相平衡，滑塊在垂直方向受到的合外力為零。2. 會使測得的值偏大（若起始端高于終端時）。反之，則偏小x3. v im但是在實際測量中，記