大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教案-牛頓第二定律的驗(yàn)證-修訂(共6頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教案 實(shí)驗(yàn)名稱牛頓第二定律的驗(yàn)證教學(xué)時數(shù)2學(xué)時教學(xué)目的和要求1熟悉氣墊導(dǎo)軌的構(gòu)造，掌握正確的使用方法。2熟悉光電計時系統(tǒng)的工作原理，學(xué)會用光電計時系統(tǒng)測量短暫時間的方法。3學(xué)會測量物體的速度和加速度。4學(xué)習(xí)在氣墊導(dǎo)軌上驗(yàn)證牛頓第二定律。教學(xué)重點(diǎn)1、氣墊導(dǎo)軌和光電計時系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和使用。2、速度和加速度的測量方法。3、驗(yàn)證牛頓第二定律。教學(xué)難點(diǎn)1、氣墊導(dǎo)軌和光電計時系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和使用。2、速度和加速度的測量方法。教學(xué)內(nèi)容1、光電計時系統(tǒng)的工作原理和使用方法2、氣墊導(dǎo)軌的檢查和調(diào)平法（靜態(tài)調(diào)平法和動態(tài)調(diào)平法）3、測量粘性阻尼系數(shù)4、測量加不同砝碼時的加速度5、驗(yàn)證

2、牛頓第二定律教學(xué)方法先講授，然后實(shí)際演示操作要點(diǎn)。教學(xué)手段學(xué)生操作，隨堂檢查操作情況。根據(jù)學(xué)生的操作情況將容易犯錯的問題做重點(diǎn)提示，學(xué)生可以根據(jù)操作中遇到的具體問題個別提問。時間分配講授30分鐘，學(xué)生操作70分鐘。板書設(shè)計實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹y量關(guān)系式、數(shù)據(jù)記錄表格。主要參考資料1、楊述武等，普通物理實(shí)驗(yàn)（第四版）M. 北京：高等教育出版社，2007.2、鄭庚興，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)M. 上海：上?？茖W(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，2004.3、黃水平，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)M. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.4、，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)M. 北京：科學(xué)出版社，2006.5、李蓉，基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)教程M. 北京：北京師范大學(xué)出版社，2008.實(shí)驗(yàn)

3、名稱：牛頓第二定律的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?熟悉氣墊導(dǎo)軌的構(gòu)造，掌握正確的使用方法。2熟悉光電計時系統(tǒng)的工作原理，學(xué)會用光電計時系統(tǒng)測量短暫時間的方法。3學(xué)會測量物體的速度和加速度。4學(xué)習(xí)在氣墊導(dǎo)軌上驗(yàn)證牛頓第二定律。實(shí)驗(yàn)儀器：氣墊導(dǎo)軌（L-QG-T-1500/5.8） 滑塊電腦通用計數(shù)器（MUJ-B） 電子天平游標(biāo)卡尺 氣源砝碼實(shí)驗(yàn)原理：力學(xué)實(shí)驗(yàn)最困難的問題就是摩擦力對測量的影響。氣墊導(dǎo)軌就是為消除摩擦而設(shè)計的力學(xué)實(shí)驗(yàn)的裝置，它使物體在氣墊上運(yùn)動，避免物體與導(dǎo)軌表面的直接接觸，從而消除運(yùn)動物體與導(dǎo)軌表面的摩擦，讓物體只受到幾乎可以忽略的摩擦阻力。利用氣墊導(dǎo)軌可以進(jìn)行許多力學(xué)實(shí)驗(yàn)，如測定速度、加速度、

4、驗(yàn)證牛頓第二定律、動量守恒定律、研究簡諧振動等。根據(jù)牛頓第二定律，對于一定質(zhì)量的物體，其所受的合外力和物體所獲得的加速度之間存在如下關(guān)系： （1）此實(shí)驗(yàn)就是測量在不同的作用下，運(yùn)動系統(tǒng)的加速度，檢驗(yàn)二者之間是否符合上述關(guān)系。在調(diào)平導(dǎo)軌的基礎(chǔ)上，測出阻尼系數(shù)后，如下圖所示，將細(xì)線的一端結(jié)在滑塊上，另一端繞過滑輪掛上砝碼。此時運(yùn)動系統(tǒng)（將滑塊、滑輪和砝碼作為運(yùn)動系統(tǒng)）所受到的合外力為：滑輪細(xì)線A門B門砝碼 （2）式中平均速度（單位用）與粘性阻尼常量之積為滑塊與導(dǎo)軌間的粘性阻力，為滑輪的摩擦阻力，暫時不考慮這項(xiàng)。在此方法中運(yùn)動系統(tǒng)的質(zhì)量，應(yīng)是滑塊質(zhì)量，全部砝碼質(zhì)量（包括砝碼托）以及滑輪轉(zhuǎn)動慣量的換算

5、質(zhì)量（為滑輪轉(zhuǎn)動慣量，為輪的半徑）之和，即： （3）其中由實(shí)驗(yàn)室提供。另外在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)將未掛在線上的砝碼放在滑塊上，保持運(yùn)動系統(tǒng)質(zhì)量一定。3用測量的與驗(yàn)證式（1）時，應(yīng)檢驗(yàn)：（1） 與之間是否存在線性關(guān)系？當(dāng)、的測量組數(shù)，關(guān)聯(lián)系數(shù)時，就可認(rèn)為、間存在線性關(guān)系。（2） 如果與間存在的線性關(guān)系，斜率和運(yùn)動系統(tǒng)質(zhì)量在測量誤差范圍內(nèi)是否相等？只有對上述檢驗(yàn)得出肯定答復(fù)時，才可認(rèn)為對式（1）的關(guān)系在實(shí)驗(yàn)條件下是肯定的。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟1. 調(diào)平氣墊導(dǎo)軌 （1）靜態(tài)調(diào)平法：導(dǎo)軌接通氣源，滑塊放在導(dǎo)軌某處，用手輕輕地把滑塊壓在導(dǎo)軌上，再輕輕地放開，觀察滑塊的運(yùn)動狀態(tài)，連續(xù)做幾次。如果滑塊在導(dǎo)軌上靜止不動，或稍有

6、左右移動，則導(dǎo)軌是水平的；如滑塊幾次都向同一方向運(yùn)動，表明導(dǎo)軌不平。仔細(xì)、認(rèn)真調(diào)節(jié)水平螺釘，直到滑塊在導(dǎo)軌任意位置上基本保持靜止不動，或稍有左右移動。一般要在導(dǎo)軌上選取幾個位置做這樣的調(diào)節(jié)。 （2）動態(tài)調(diào)平法：將氣軌與計時器配合進(jìn)行調(diào)平，儀器接通電源，儀器功能選擇在“S2”擋上，兩個光電門間距不小于30cm(可以取50cm)卡裝在導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌兩端裝上彈射器，滑塊裝上擋光片，給氣軌通氣讓滑塊以一定的速度從導(dǎo)軌的左端向右端滑行，先后通過兩個光電門A和B，計時器就分別記下?lián)豕馄ㄟ^兩個光電門的時間和；再反過來讓滑塊以一定的速度從導(dǎo)軌的右端向左端滑行，先后通過兩個光電門B和A，再測出，如果，那么氣軌基

7、本調(diào)平了，如果就更好了。 2.求粘性阻尼系數(shù)根據(jù)氣軌調(diào)平時測量的，和可以計算阻尼系數(shù)。由于滑塊與軌面間存在少許阻力，滑塊的運(yùn)動應(yīng)該是減速的，從可看出，速度損失為；相反由可知，速度損失為。因?yàn)樗俣葥p失是由阻尼力引起的，因此可得到阻尼系數(shù)為 式中為滑塊的質(zhì)量，為光電門A，B間的距離。3.測量加不同砝碼時的加速度測量加速度的公式 式中d為擋光片寬度，為光電門A，B間的距離。4.驗(yàn)證牛頓第二定律（1）導(dǎo)軌通氣。 （2）在滑塊上裝上擋光片，對應(yīng)滑輪一端裝上座架，將拴在砝碼托上的細(xì)線跨過滑輪并通過堵板上的方孔掛在滑塊的座架上，并將兩個光電門置于導(dǎo)軌的相應(yīng)的位置上（距離50cm左右處），注意當(dāng)砝碼托著地前，

8、滑塊要能通過靠近滑輪一側(cè)的光電門。 （3）計時器的功能選擇在“s2”擋，將改變所需砝碼預(yù)先置于滑塊上，在砝碼托內(nèi)加上一定質(zhì)量的砝碼，導(dǎo)軌通氣，讓滑行器從起始擋板處開始運(yùn)動，通過兩個光電門，計時器會測出相應(yīng)的時間，從而可根據(jù)下式計算加速度。 （4）逐次從滑塊上取下砝碼放入砝碼托內(nèi)，重復(fù)步驟（3），直到砝碼全部移到托內(nèi)為止。 （5）用電子天平準(zhǔn)確稱出砝碼托和砝碼的質(zhì)量、滑塊的質(zhì)量。 （6）用最小二乘法求直線擬合式。（7）比較,驗(yàn)證牛頓第二定律。注：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄滑輪的折合質(zhì)量 重力加速度g=9.795m/s21、動態(tài)調(diào)平及測粘性阻尼系數(shù)b m= d= s 測量序號A BB Ab / m s / m

9、s/cm/s / m s / m s/cm/s123452、驗(yàn)證牛頓第二運(yùn)動定律（1）測定不同外力F下的加速度= d= s 砝碼質(zhì)量光電門A光電門B從光電門A到B的時間平均速度系統(tǒng)所受合外力加速度（2）最小二乘法求解斜率K，比較K?=M。 使用氣軌注意事項(xiàng)：（1） 氣軌軌面和滑塊內(nèi)表面不允許用硬物敲打和撞擊，如被碰傷或變形則可能出現(xiàn)接觸摩擦使阻力顯著增大；（2） 嚴(yán)禁在不通氣源的情況下將滑塊在導(dǎo)軌上來回滑動，否則兩者的表面會因干磨擦而損傷。（3） 滑塊嚴(yán)禁掉在桌面或地面上。（4） 實(shí)驗(yàn)前要用紗布或軟毛巾蘸少些酒精，擦抹導(dǎo)軌表面和滑塊內(nèi)表面。（5） 檢查軌面噴氣孔是否堵塞：氣軌供氣后，用薄的小紙

10、條逐一檢查氣孔，發(fā)現(xiàn)堵塞要用細(xì)鋼絲通一下。（6） 實(shí)驗(yàn)后取下滑塊另外放置，用布罩好導(dǎo)軌。問題討論1使用氣墊導(dǎo)軌時應(yīng)注意什么問題？ 氣墊導(dǎo)軌是較精密儀器，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)避免導(dǎo)軌受到碰撞、摩擦而變形、損傷，沒有給氣墊導(dǎo)軌通氣時，不準(zhǔn)在導(dǎo)軌上強(qiáng)行推動滑塊；滑塊的內(nèi)表面光潔度較高，要輕拿輕放，嚴(yán)防劃傷和磕碰；不要將滑塊放在水泥實(shí)驗(yàn)臺上，更不允許將滑塊掉在地上；滑塊在導(dǎo)軌上運(yùn)動的速度不能太大，以免沖出導(dǎo)軌跌落而損壞滑塊；更換擋光片或調(diào)整擋光片在滑塊上的位置時，必須把滑塊從導(dǎo)軌上取下，待調(diào)整好后再放上去；實(shí)驗(yàn)結(jié)束后應(yīng)將滑塊從導(dǎo)軌上取下，以免導(dǎo)軌變形。2滑塊在氣墊導(dǎo)軌上運(yùn)動時，速度越來越慢，這是為什么？ 可能的原

11、因：氣墊導(dǎo)軌不水平；空氣阻力的影響；氣墊內(nèi)部的粘滯阻力的影響。3. 如何鑒別氣墊導(dǎo)軌已調(diào)成水平？氣墊導(dǎo)軌調(diào)成水平的方法：（1）靜態(tài)調(diào)平法：首先用水平尺對氣墊導(dǎo)軌的橫向和縱向水平進(jìn)行粗調(diào)，然后調(diào)節(jié)水平調(diào)節(jié)螺絲和支腳螺絲，直至滑塊放在氣墊導(dǎo)軌上靜止或者左右擾動，但無方向性為止；（2）動態(tài)調(diào)平法：或。 4. 本實(shí)驗(yàn)求瞬時速度的方法中，你如何體會瞬時速度是平均速度的極限值？ 若保持下端光電門B不動，改變上端光電門A的位置，使兩光電門A、B之間的距離逐漸減小，則滑塊的平均速度越來越大，而且從測量的數(shù)據(jù)可以看出滑塊的平均速度越來越接近滑塊在B點(diǎn)的瞬時速度，因此可以設(shè)想當(dāng)兩電門A、B之間的距離趨近于零時，平

12、均速度的極限值就是瞬時速度。附實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄滑輪的折合質(zhì)量 重力加速度g=9.795m/s21動態(tài)調(diào)平及測粘性阻尼系數(shù)b 滑塊質(zhì)量 m= 173.90g d= 1.000cm s 60.00cm AB / m s15.0523.749.4113.9815.05 / m s15.2324.129.4814.0915.23BA / m s20.8027.4712.5919.5420.80 / m s21.1227.5312.7419.8321.122.測定加速度滑塊質(zhì)量= 173.90g d= 1.000cm s 60.00cm 砝碼質(zhì)量m/g5.017.5010.0012.5215.0217.51光電門1138