牛頓第二定律EX

1、牛頓第二定律實驗設(shè)備:包括：PASCO Part #1PAScar動力學(xué)系統(tǒng)ME-69551運動傳感器PS-21031高分辨率力傳感器PS-21891帶夾的靈敏滑輪ME-9448A1質(zhì)量塊和架子套件ME-89791物理實驗用細繩SE-8050不包括但是需要:1850通用接口UI-50001PASCO Cap sto ne 軟件UI-5400實驗介紹:本實驗的目的是為了驗證一維系統(tǒng)的牛頓第二定律。在低摩擦的小車上施加一個 大小的力，以此來測量小車的加速度 實驗原理:牛頓第二定律：' F = maF是施加在小車上的合力，m是小車的質(zhì)量，a是小車產(chǎn)生的加速度。式中，F(xiàn)和a是 向量，由于我們只

2、是研究一維系統(tǒng)，所以只有一種力，垂直方向沒有分量，因此公式歸納 為：F = ma在本實驗中，加速度a需要通過速度一時間圖來計算。這是因為加速度a的定義是每秒 鐘速度的改變量，所以，速度一時間坐標(biāo)圖中的斜率等于加速度。實驗設(shè)置:連接運動傳感器到850通用接口 PASPORT俞入。確保運動傳感器頂部的開關(guān)設(shè)置為“小 車。1. 將力傳感器連接到PASPORT俞入端2 用長的翼形螺釘將力傳感器連接到小車上，連接到力傳感器之前先將小車的活塞 翻開。3 用兩端可調(diào)支腳調(diào)節(jié)軌道水平。最簡單的方法是用水平尺調(diào)整，也可以觀察小車的 運動情況。如果使用水平尺，需檢查平行、垂直于軌道的兩個方向。4 在軌道的末端裝上

3、運動傳感器，如右圖所示。調(diào)整運動傳感器側(cè) 面的對準旋鈕，使其平行于軌道。5 在軌道的另一端夾緊滑輪。將它最后放置在桌子的邊緣。附加限 位定檔以防止損壞滑輪。6 將小車和力傳感器組合在軌道上7. 在細繩一米長的末端打一個環(huán)。連接質(zhì)量掛鉤的凹槽到該環(huán)處。參加5克砝碼至掛鉤，總共10克包括5克掛鉤。在細繩的另一末端打一個環(huán)，將它連接到力傳感器的掛鉤上。在滑輪上懸掛質(zhì)量。調(diào)整細繩的長度，以便當(dāng)小車活塞碰撞限位定檔時質(zhì)量略高于地 面時8 .通過調(diào)整滑輪來水平細線用眼仔細觀察實驗步驟A 傳感器100 Hz1 從力傳感器鉤取出細繩，并按下力傳感器“ ZERO'按鈕。重新調(diào)整細繩。2 將小車盡快拉回，

4、盡量不要讓質(zhì)量掛鉤碰到滑輪。3. 按下“記錄按鈕，當(dāng)看到運動傳感器燈變綠時，釋放小車。4. 確保力傳感器的繩子不會影響小車的運動。為了做好這些工作，手拿細繩至少在 車前方30厘米處，當(dāng)小車運動時保持手正對著它，以便細繩沒有拉動或者推動小車見右 邊的視頻。5. 當(dāng)小車撞擊到限位定檔時按下“停止。6. 觀察圖表1，應(yīng)該如下列圖所示，加速度在2.5s和4.5s區(qū)域最重要，數(shù)據(jù)里如果有特別突出的峰值，請嘗試調(diào)整運動傳感器的角度和移動的所有對象遠離賽道，包括你自己。 在屏幕的右下方點擊刪除上次運行的一些不好的數(shù)據(jù)。我們至少需要0.5s時間段的數(shù)據(jù)。如果噪聲在實驗數(shù)據(jù)的最后面的話，可以忽略。W17U二&a

5、mp;一5心/02468Time s)7 .點擊左側(cè)工具欄上的數(shù)據(jù)匯總按鈕。雙擊運行你剛剛的實驗數(shù)據(jù)，重新定義坐標(biāo), 設(shè)置Run 1為10克。再次單擊數(shù)據(jù)匯總按鈕將其關(guān)閉。8. 重復(fù)以上步驟2 7四次以上，分別在細繩的末端使用質(zhì)量為 20克、30克、40克、50克的砝碼。定義標(biāo)簽為20克Run 1,依次類推。不要再重復(fù)步驟1!實驗結(jié)果分析：1 翻開速度的圖表，在圖表上方工具欄里面，點擊運行選擇工具中的黑色三角形， 選擇“10 克 Run 1。在黑框外的任意地方單擊然后關(guān)閉它。2點擊選擇工具圖形工具欄，然后拖動選擇框的句柄來選擇運行初始加速局部， 現(xiàn)有的數(shù)據(jù)還是空白無峰值和線性的。寫下你所選擇的

6、時間范圍。你將在下面的步驟 9 使用。3點擊曲線擬合工具中的黑色三角形，選擇線性。在黑框外的地方單擊然后關(guān)閉它。4.在加速度值表中的“ al列的第1行的線性曲線擬合框中記錄斜率m。精確到 小數(shù)點后 2位。你可以用曲線擬合中的齒輪圖標(biāo)調(diào)整。首先右鍵單擊線性框中的任意位置。 然后左鍵點擊齒輪圖標(biāo)曲線擬合屬性，選擇 2位固定小數(shù)。5 .再次點擊曲線擬合工具的黑色三角形，關(guān)閉線性模式。6 .點擊選擇框中任意位置從步驟 2開始使該框變亮，然后點擊 Remove Active Element 工具圖形工具條。7. 對“20 克 Run 1模式重復(fù)上述實驗步驟，在第 2行輸入加速度的數(shù)值，對于所有 的五種運

7、行重復(fù)該步驟。8. 翻開力F的圖表。在圖標(biāo)上方工具欄里點擊運行選擇工具， 然后選擇“10克Run 1。 在黑框外的任意位置單擊然后關(guān)閉它。9. 點擊選擇工具并拖動選擇框的句柄，如步驟 2所示，選擇相同的時間范圍。10. 翻開統(tǒng)計工具圖形工具條，在黑色的三角形處選擇平均值。所選擇的區(qū)域的 平均值應(yīng)顯示在屏幕上。 這里需要精確到 3位小數(shù)點。 翻開畫面左側(cè)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計工具來精確 小數(shù)點，點擊力在高分辨率力傳感器下面，點擊出現(xiàn)的齒輪圖標(biāo)，然后從彈出顯示中選擇3位固定小數(shù)。盡管數(shù)據(jù)看起來相當(dāng)復(fù)雜，平均值可以限制在0.002 N內(nèi)。在Force Values 表上的“ F1 列的第1行記錄平均值。忽略當(dāng)拖

8、動力傳感器時引起的負號。11. 單擊數(shù)據(jù)統(tǒng)計工具然后關(guān)閉它。12. 在選擇框內(nèi)單擊使該框變亮，然后點擊 Remove Active Element 工具。13 .對“20 g Run 1模式重復(fù)實驗步驟 812，在第2行輸入力的數(shù)值，對于所有的五種運行重復(fù)該步驟。實驗步驟B：1 .增加小車的質(zhì)量。2. 重復(fù)過程A，除了標(biāo)注運行“ 10克Run 2等。3. 重復(fù)分析過程，除了在“ a2列輸入加速度值，在“ f2列輸入力的值。4 .以千克為單位測出小車和力傳感器的質(zhì)量，以及小車、傳感器加上砝碼后的質(zhì)量 總和。這是一個有點棘手問題，我們不希望整個系統(tǒng)包括PASPORT連接器的質(zhì)量，因為它不是加速系統(tǒng)

9、的一局部。這就象在做加速運行一樣，你手拿著細繩比原有標(biāo)度高約30厘米左右PASPORT連接器放在手中，而且你不是向上推動或向下推動這標(biāo)度。如果你仔細測量那么結(jié)果可以精 確誤差到1克以內(nèi)。在下面輸入你的測量值：a. 小車質(zhì)量=kgb. 小車質(zhì)量+砝碼= kg不確定性:估計本實驗的不確定性有一定的價值。有一個簡單的方法，重復(fù)運行“50克 Run 2'兩次以上，看加速度變化多少。在速度圖表中“ a2列的第6 7行輸入你實驗中額外的兩個 值。你估計加速度的不確定性有多少？心a =m/W問題：1 觀察“力f加速度a圖表，圖1是小車和傳感器上施加的力fl 加速度al的關(guān)系 圖；圖2是增加砝碼質(zhì)量后小車上施加的力f2 加速度a2之間的關(guān)系圖。2 這些圖滿足牛頓第二定律嗎？請完全解釋一下你的答復(fù)？別忘記這里有不確定關(guān)系實驗B表中的.胡。在誤差允許范圍