大學物理一實驗報告

1、大學物理一實驗報告 現(xiàn)代遠程教育 實驗報告 課程名稱： 大學物理( 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：提交書面實驗報告 學生姓名： 學 號： 年級專業(yè)層次： 學習中心： 提交時間： 年 月 日 一、實驗目的 1了解氣墊導軌的構造和性能，熟悉氣墊導軌的調節(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掌握在氣墊導軌上測定速度、加速度的原理和方法。 4從實驗上驗證 f=ma 的關系式，加深對牛頓第二定律的理解。 5掌握驗證物理規(guī)律的基本實驗方法。 二、實驗原理 1速度的測量 一個作直線運動

2、的物體，如果在 t-t+t 時間內通過的位移為 x（x-x+x），則該物體在 t 時間內的平均速度為 ，t 越小，平均速度就越接近于 t 時刻的實際速度。當 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）測量某點的速度就難以實現(xiàn)。但在一定誤差范圍內，只要取很小的位移 x，測量對應時間間隔 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 。本實驗中取 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

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 在氣墊導軌上滑塊運動經過相隔一定距離的兩個光電門時的速度分別為 v1和 v2，經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，與其本身質量成反比，且加速度的方向與合外力方向相同。數(shù)學表述為 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，不計滑輪和細線的質量等。 圖 1 驗證牛頓第二定律 調節(jié)氣墊導軌水平后，將一定質量的砝碼盤通過一細線經氣墊導軌的滑輪與滑塊相連。設滑塊部分的質量為 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?；瑝K在水平方向上受到細線的拉力，此力為重物作用于細線所產生的張力 t，由于氣墊導軌和滑塊及細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 表示運動物體系統(tǒng)的總質量，f=m 2 g 表示物體系統(tǒng)在運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）當系統(tǒng)總質量 m 保持不變時，加速度 a 應與合外力 f 成正比，比值為常數(shù)，即 （6） 實驗時，在保持總質量 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量，測出系統(tǒng)相應的加速度 a i 。如果在實驗誤差允許的范圍內式（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 關系圖，若為直線，則可驗證式（6

6、），即 a 與 f 成正比。 （2）當保持系統(tǒng)所受合外力 f=m 2 g 不變時，加速度 a 的大小應與系統(tǒng)的總質量 m=m 1 +m 2 成反比，即 （8） 同樣，實驗時保持合外力 f=m2g 不變，改變系統(tǒng)總質量 mi=m 1i +m 2 ，即逐次向滑塊增加不同重量的質量塊，測出系統(tǒng)相應的加速度 a i 。如果在實驗誤差允許的范圍內式（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、 實驗器材 氣墊導軌、光電計時系統(tǒng)、滑塊、砝碼、質量塊（鐵塊）等。 四、實驗內容 1調節(jié)氣墊導軌和光電計時系統(tǒng) 調整氣墊導軌水平，達到細調水平要求，即滑塊往返一次 。調整光電計時系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)。 2驗證物體系統(tǒng)總質量不變時加速度與合外力成正比 保證物體系統(tǒng)總質量不變，逐步增加砝碼盤中砝碼的質量，改變外力 5 次。每一外力下分別記錄滑塊經過兩個光電門的時間 和 ，重復測量 6 次。 3驗證物體系統(tǒng)所受合外力不變