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1、实验 5 验证牛顿第二定律一、实验目的1. 了解气垫技术和光电计时技术技术原理，掌握气垫导轨和计时计测速仪的使 用方法。2. 测量滑块加速度，验证牛顿第二定律。二、实验仪器汽垫导轨及附件、MUJ-5B型计时计数测速仪、电子天平三、实验原理1、速度测量宽度为As的挡光片（如图1）垂直装在滑块上，随滑块在气垫导轨上运动，挡 光片通过光电门时，测速仪测出挡光时间At,则瞬时速度：十As dsAs/ _,、V = lim= q（1）AtdtAtAt tO式中A s根据实际宽度设置好，速度由测速仪自动计算并显示。2、加速度测量 挡光片随滑块通过光电门 1和2，测出挡光片经过两个光电门的挡光时间At、At
2、及从门1运动到门2的运动时间t，测速仪自动按（2）式计算并显11t (At2At12)m2示加速度 a 。3、牛顿第二定律验证方法在右图由m、m构成的系统中，在阻力忽略不计时，有:12mg = (m + m )a。令 F = mg， M = m + m，则有 F = Ma。保2 1 2 2 1 2持M不变，改变F，测a，可验证a与F的关系；F不变，改变M，测a，可验证a 与 M 的关系。四、实验内容与步骤1. 气垫导轨的水平调节分静态调平法或动态调平法。采用静态调平法:接通气源后，将滑块在气垫导轨 中间静止释放，观察滑块运动，根据运动方向判断并调节导轨调平螺钉，反复进行， 使滑块静止释放后保持
3、不动或稍微左右摆动。2. 练习测量速度和加速度。3. 验证牛顿第二定律 （1）验证质量不变时，加速度与合外力成正比。用电子天平称出滑块质量m海屛 按上图所示装配，测速仪选“加速度”功能， 滑块将4个砝码全部放在滑块上，将滑块移至远离滑轮一端释放，通过两光电门，记录加 速度a。重复测量4次。再将滑块上的4个砝码分四次从滑块上移至砝码盘上，重复上述步骤。(2)验证合外力不变时，加速度与质量成反比。在砝码盘上放一个砝码(即m = 10g)，让滑块由静止通过两光电门，记录加速2度a，重复测4次。再将四个配重块逐次加到滑块上，重复上述步骤。五、数据处理1、由数据记录表1,可得到a与F的关系如下: 实际总
4、质量M二164.8 gF = m g2 (gcm/s2)a (cm / s 2)490028.73980056.771470085.3019600113.9124500143.08狂-卩大系图5350147OT 1MOT 243CKJ 25400F (gcins0OOO盼 用 OOQ6 4 2 o B ta 4 2a-F图中直线斜率的倒数为总质量，即M =丄=1/0.058=172.4克，与实际值计 KM 一 M172 4 一 164 8M=164.8 克的相对误差：E =计x 100% = 一.x 100% =4.6 %r M164.8M (g)g -1)Ma (cm / s 2)149.8
5、0.0066862.65199.80.0050147.32249.80.0040038.28299.80.0033431.47349.80.0028627.182、由数据记录表2,可得a与M的关系如下: 实际合外力 F = mg =9800 gcm/s21小I图a-1/M图中直线斜率为合外力，即F = K = 9342 gcm/s2，与实际值F=9800gcm/s2 计砧丄口 4口f f9342 9800 讦八八/_ .0/的相对误差：e = Z x 100% =9800x 100% =-4.7 %r F9800六、实验结论与分析实验结论：根据数据处理所得a-F图、a-1/M图，拟合的直线近似
6、过原点，且相对 误差较小，可以认为：在误差的范围内，实验与牛顿第二定律相符，即加速度与合外 力成正比，与质量的倒数成正比(即与质量成反比)。实验分析： 利用气垫技术消除了摩擦阻力保证了实验预期结果，但还存在以下因素会对实验 结果产生误差：(1)导轨未完全调水平；(2)空气阻力、滑轮与轴承间摩擦阻力的影响；(4)砝码、配重块的质量误差 空气等各种阻力对实验的影响可能是主要的。因为空气阻力一般与速度的平方成 正比，所以实验中拉力不能太大，否则加速度大，速度增加快，空气阻力增加也快； 但拉力也不能过小，否则很小的阻力也会产生较大的相对误差。合作人：据记录纸实验名称：验证牛顿第二定律 实验时间：年月日
7、系级专业班教师签名：姓名学号数据记录：表1 验证加速度与合外力关系数据记录m =5g, m = 139.8 g, M = m + 5m = 164.8 g0滑块滑块0m2a (cm / s 2)1234平均值m028.4229.0228.6428.8528.732m056.7556.9456.7456.6656.773m085.2385.4785.0085.4885.304m0114.24114.12113.96113.30113.915m0142.87143.59142.97142.88143.08表2验证加速度与质量关系数据记录m 二 10 g , m二 50 g2Ma (cm / s 2)1234平均值m +m滑块262.3762.7263.0062.5262.65m +m +m滑块 247.5747.0147.3247.3947.32m+m +2m滑块 238.6438.0238.2438.2038.28m +m +3m滑块 231.5331.4531.4431.4531.47m +m +4m 滑块 227.2927.1127.2627.0427.18
