大學(xué)物理一實(shí)驗報告

1、大學(xué)物理一實(shí)驗報告 現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育 實(shí)驗報告 課程名稱： 大學(xué)物理( 一) 實(shí)驗名稱： 速度、加速度的測定和牛頓運(yùn)動定律的驗證 實(shí)驗形式：在線模擬+ 現(xiàn)場實(shí)踐 提交形式：提交書面實(shí)驗報告 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 年級專業(yè)層次： 學(xué)習(xí)中心： 提交時間： 年 月 日 一、實(shí)驗?zāi)康?1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)軌上測定速度、加速度的原理和方法。 4從實(shí)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)律的基本實(shí)驗方法。 二、實(shí)驗原理 1速度的測量 一個作直線運(yùn)動

2、的物體，如果在 t-t+t 時間內(nèi)通過的位移為 x（x-x+x），則該物體在 t 時間內(nèi)的平均速度為 ，t 越小，平均速度就越接近于 t 時刻的實(shí)際速度。當(dāng) t0 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(shí)際測量中，計時裝置不可能記下 t0 的時間來，因而直接用式（1）測量某點(diǎn)的速度就難以實(shí)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(dá) x 點(diǎn)的瞬時速度 。本實(shí)驗中取 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題。 2 加速度的測量 在氣墊導(dǎo)

3、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(yùn)動問題，通過加速度、速度、位移及運(yùn)動時間之間的關(guān)系，就可以實(shí)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(yùn)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。 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。數(shù)學(xué)表述為 f = ma （3） 為了研究牛頓第二定律

4、，考慮如圖 1 所示一個運(yùn)動物體系統(tǒng)，系統(tǒng)由 m 1 （滑塊）和 m 2 （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 m 1 ，滑塊本身所受重力為 m 1 g，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 （4） 式中 a 為運(yùn)動系統(tǒng)的加速度，根據(jù)式（4）有 （5） 在式（5）中

5、，若令 m=m 1 +m 2 表示運(yùn)動物體系統(tǒng)的總質(zhì)量，f=m 2 g 表示物體系統(tǒng)在運(yùn)動方向所受的合外力，則式（5）即為式（5）f=ma。根據(jù)式（5），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 （6） 實(shí)驗時，在保持總質(zhì)量 m 不變的情況下，改變合外力 f i =m 2i g，即逐次改變砝碼盤中砝碼的質(zhì)量，測出系統(tǒng)相應(yīng)的加速度 a i 。如果在實(shí)驗誤差允許的范圍內(nèi)式（7）成立， （7） 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)作 af 關(guān)系圖，若為直線，則可驗證式（6

6、），即 a 與 f 成正比。 （2）當(dāng)保持系統(tǒng)所受合外力 f=m 2 g 不變時，加速度 a 的大小應(yīng)與系統(tǒng)的總質(zhì)量 m=m 1 +m 2 成反比，即 （8） 同樣，實(shí)驗時保持合外力 f=m2g 不變，改變系統(tǒng)總質(zhì)量 mi=m 1i +m 2 ，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 a i 。如果在實(shí)驗誤差允許的范圍內(nèi)式（9）成立， （9） 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 a關(guān)系圖，若為直線，則可驗證式（8），即 a 與 m 成反比。 如果式（6）和式（8）均被驗證，則式（5）即式（3）得到驗證，也就是說，驗證了牛頓第二定律。 三、 實(shí)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(shí)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(dá)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