《大學(xué)物理(一)》實驗報告

1、.中國石油大學(xué)（華東）現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育實驗報告課程名稱：大學(xué)物理(一)實驗名稱：速度、加速度的測定和牛頓運動定律的驗證實驗形式：在線模擬+現(xiàn)場實踐提交形式：在線提交實驗報告學(xué)生姓名：王龍學(xué) 號： 年級專業(yè)層次：網(wǎng)絡(luò) 18 春機械設(shè)計制造及其自動化網(wǎng)絡(luò)春高起本學(xué)習(xí)中心：大慶油田學(xué)習(xí)中心提交時間：2019 年4 月23 日.一、實驗?zāi)康?、了解氣墊導(dǎo)軌的構(gòu)造和性能，熟悉氣墊導(dǎo)軌的調(diào)節(jié)和使用方法。2、了解光電計時系統(tǒng)的基本工作原理，學(xué)會用光電計時系統(tǒng)測量短暫時間的方法。3、掌握在氣墊導(dǎo)軌上測地速度、加速度的原理和方法。4、從實驗上驗證F=ma 的關(guān)系式，加深對牛頓第二定律的理解。5、掌握驗證物理規(guī)律的基

2、本實驗方法。二、實驗原理1.速度的測量一個做直線運動的物體，如果在tt+ t 時間內(nèi)通過的唯一為x（xx+ x），則該物體在t 時間內(nèi)容的平均速度為， t 越小，平均速度就越接近于t 時刻的實際速度。當(dāng) t 0 時，平均速度的極限值就是t 時刻（或X 位置）的瞬時速度。（1）實際測量中，計時裝置不可能記下t 0 的時間來，因而直接用式（1）測量某點的速度就難以實現(xiàn)。但在一定誤差范圍內(nèi)，只要取很小的位移x，測量對應(yīng)時間間隔t ，就可以用平均速度近似代替t 時刻到達x 點的瞬時速度v。不能食言中取x 為定值（約 10mm ）,用光電計時系統(tǒng)測出通過x 所需的極短時間t，較好地解決了瞬時速度的測量問

3、題。2.加速度的測量在氣墊導(dǎo)軌上相距一定距離S的兩個位置處各放置一個光電門，分別測量出滑塊經(jīng)過這兩個位置時的速度V1 和 V2，對于勻加速直線運動問題，通過加速度、速度、位移及運動時間之間的關(guān)系，就可以實現(xiàn)加速度a 的測量。（ 1）由測量加速度在氣墊導(dǎo)軌上滑塊運動經(jīng)過相隔一定距離的兩個光電門時的速度分別為v1 和 v2，經(jīng)過兩個光電門之間的時間為t21 ，則加速度a 為（2）根據(jù)式（ 2）即可計算出滑塊的加速度。（ 2）由測量加速度設(shè) V1 和 V2 為滑塊經(jīng)過兩個光電門的速度，S 是兩個光電門之間的距離，則加速度a 為.（ 3）根據(jù)式（ 3）也可以計算出作勻加速直線運動滑塊的加速度。（ 3）

4、由測量加速度還可以根據(jù)勻加速直線運動加速度a、位移 s（ s=x-x0）及運動時間t 之間的關(guān)系式測量加速度。根據(jù)計算及速度有多重方法，其中一種方法是根據(jù)式（ 4）由作圖法求出加速度。（ 4）實驗時固定初位置x0（光電門 1 的位置），改變不同的末位置x（光電門2 的位置），使物體（滑塊）從靜止開始運動，測出相應(yīng)的運動時間t，作關(guān)系圖線。如果是直線，說明物體作勻加速運動，直線的斜率為。以上介紹了三種測量加速度a 的方法。具體測量時先把氣墊導(dǎo)軌調(diào)水平，再使滑塊在水平方向受到一恒力的作用，那么滑塊的運動就是勻加速直線運動；也可以先把氣墊導(dǎo)軌調(diào)水平，然后將其一端墊高h(yuǎn) 高度，使氣墊導(dǎo)軌傾斜，滑塊在請

5、教為的導(dǎo)軌上面下滑，其運動也是勻加速直線運動。3.驗證牛頓第二定律牛頓第二定律所描述的內(nèi)容， 就是一個物體的加速度與其所受合外力成正比， 與其本身質(zhì)量成反比，且加速度的方向與合外力方向相同。書序表述為F=ma（ 5）為了研究牛頓第二定律，考慮如圖1 所示一個運動物體系統(tǒng)，系統(tǒng)由m1（滑塊）和m2（砝碼）兩個物體組成，忽略空氣阻力及氣墊對滑塊的粘滯力，不計滑輪和細(xì)線的質(zhì)量等。.圖 1驗證牛頓第二定律調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌水平后，將一定質(zhì)量的砝碼盤通過一細(xì)線經(jīng)氣墊導(dǎo)軌的滑輪與滑塊相連，設(shè)滑塊部分的質(zhì)量為 m1，畫框本身所受重力為 m1g，氣墊對滑塊的漂浮力為 N，此二力相平衡， 滑塊在垂直方向受到的合外力為

6、零。 滑塊在水平方向上受到細(xì)線的拉力， 此力為重物作用于細(xì)線所產(chǎn)生的張力 T，由于氣墊導(dǎo)軌和滑塊及細(xì)線所受的粘滯阻力及空氣阻力忽略不計，則有（ 6）式中 a 為運動系統(tǒng)的加速度，根據(jù)式（6）有（ 7）在式（ 7）中，若令m=m1+m2 表示運動物體系統(tǒng)的總質(zhì)量，F(xiàn)=m2g 表示物體體統(tǒng)在運動方向所受的合外力，則式（7）即為式（ 5） F=ma。根據(jù)式（ 7），驗證牛頓第二定律可分為以下兩步來完成。（ 1）當(dāng)系統(tǒng)總質(zhì)量m 保持不變時，加速度a 應(yīng)與合外力F 成正比，比值為常數(shù)，即（8）實驗時，在保持總質(zhì)量m 不變的情況下，改變合外力Fi=m2ig，即逐次改變砝碼盤中砝碼的質(zhì)量，測出系統(tǒng)響應(yīng)的加速

7、度ai。如果在實驗誤差允許范圍內(nèi)式（9）成立，（ 9）則驗證了 m 不變的情況下，a 與 f 成正比。還可以利用上述a 和 F 數(shù)據(jù)做 AF 關(guān)系圖，若為直線，則可驗證式（8），即 a 與 F 成正比。（ 2）當(dāng)保持系統(tǒng)所受合外力F=m2g 不變，改變系統(tǒng)總質(zhì)量mi=m1i+m2 ，即逐次向滑塊.增加不同重量的質(zhì)量塊，測出系統(tǒng)相應(yīng)的加速度ai。如果在實驗誤差允許的范圍內(nèi)式（11）成立，（ 11）則驗證了 F 不變的情況下a 與 m 成反比。還可以利用上述a 和 m 數(shù)據(jù)作 a1/m 關(guān)系圖，若為直線，則可驗證式（10），即 a 與 m 成反比。如果式（ 8）和式（ 10）均被驗證，則式（7）即

8、式（ 5）得到驗證，也就是說，驗證了牛頓第二定律。4. 判定實驗與理論是否相符根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，計算加速度a 實驗值的不確定度和理論值的不確定度，如果式（ 12）成立，（ 12）則水命實驗驗證了理論；否則，實驗不能驗證理論，應(yīng)查出原因。式（12）中的就是 a 實允許的實驗最大誤差可能范圍。三、實驗器材氣墊導(dǎo)軌、光電計時系統(tǒng)、滑塊、砝碼、質(zhì)量塊（鐵塊）等.四、實驗內(nèi)容1.調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌和光電計時系統(tǒng)調(diào)整氣墊導(dǎo)軌水平，達到細(xì)調(diào)水平要求，即滑塊往返一次。調(diào)整光電計時系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)。2.驗證物體系統(tǒng)總質(zhì)量不變時加速度與合外力成正比保證物體系統(tǒng)總質(zhì)量不變，逐步增加砝碼盤中砝碼的質(zhì)量，改變外力5 次。每一

9、外力下分別記錄滑塊經(jīng)過兩個光電門的時間和，重復(fù)測量6 次。3.驗證物體系統(tǒng)所受合外力不變時加速度與總質(zhì)量成反比保持砝碼盤部分的質(zhì)量不變，即合外力不變， 在滑塊上逐步增加質(zhì)量塊，改變物體系統(tǒng)總質(zhì)量 5 次。每一總質(zhì)量下分別記錄滑塊經(jīng)過兩個光電門的時間和，重復(fù)測量6次。五、實驗數(shù)據(jù)質(zhì)量不變時加速度與外力成證比對額數(shù)據(jù)記錄：.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：.六、結(jié)論根據(jù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果，可以認(rèn)為： 在誤差的范圍內(nèi)，實驗與牛頓第二定律相符，即加速度與合外力成正比，與質(zhì)量成反比。實驗分析：實驗誤差主要來源于以下幾個方面：1、導(dǎo)軌未完全調(diào)水平；2、空氣阻力的影響，細(xì)線、滑輪運動阻力的影響