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1、中国石油大学（华东)现代远程教育实验报告课程名称:大学物理(一)实验名称:速度、加速度的测定和牛顿运动定律的验证实验形式：在线模拟现场实践提交形式:提交书面实验报告学生姓名：学号： 年级专业层次：春 高起专 石油化工技术学习中心： 提交时间: 年 10 月 2日一、实验目的1.理解气垫导轨的构造和性能，熟悉气垫导轨的调节和使用措施。理解光电计时系统的基本工作原理,学会用光电计时系统测量短临时间的措施。3.掌握在气垫导轨上测定速度、加速度的原理和措施。4.从实验上验证Fma的关系式，加深对牛顿第二定律的理解。5.掌握验证物理规律的基本实验措施。二、实验原理1.速度的测量 一种作直线运动的物体,如
2、果在tt+时间内通过的位移为(xx+x)，则该物体在t时间内的平均速度为，t越小,平均速度就越接近于时刻的实际速度。当t时，平均速度的极限值就是时刻（或x位置）的瞬时速度 (1) 实际测量中,计时装置不也许记下t0的时间来,因而直接用式（1）测量某点的速度就难以实现。但在一定误差范畴内,只要取很小的位移x,测量相应时间间隔,就可以用平均速度近似替代t时刻达到点的瞬时速度。本实验中取x为定值(约1mm),用光电计时系统测出通过x所需的极短时间，较好地解决了瞬时速度的测量问题。 2加速度的测量 在气垫导轨上相距一定距离S的两个位置处各放置一种光电门,分别测出滑块通过这两个位置时的速度v1和。对于匀
3、加速直线运动问题,通过加速度、速度、位移及运动时间之间的关系,就可以实现加速度a的测量。（1)由测量加速度 在气垫导轨上滑块运动通过相隔一定距离的两个光电门时的速度分别为v1和v2，通过两个光电门之间的时间为t2，则加速度a为 （2) 根据式()即可计算出滑块的加速度。 （）由测量加速度 设1和2为滑块通过两个光电门的速度，S是两个光电门之间距离，则加速度a为 （3) 根据式（3）也可以计算出作匀加速直线运动滑块的加速度。(3)由测量加速度 还可以根据匀加速直线运动加速度、位移S（=x-x0）及运动时间t之间的关系式测量加速度。据此计算加速度有多种措施，其中一种措施是根据式（4)由作图法求出加
4、速度。 （） 实验时固定初位置x0(光电门1的位置）,变化不同的末位置x（光电门2的位置），使物体（滑块）从静止开始运动,测出相应的运动时间t，作关系图线。如果是直线,阐明物体作匀加速运动，直线的斜率为。 以上简介了3种测量加速度的措施。具体测量时先把气垫导轨调水平，再使滑块在水平方向受到一恒力的作用，那么滑块的运动就是匀加速直线运动；也可先把气垫导轨调水平，然后将其一端垫高h高度，使气垫导轨倾斜，滑块在倾角为的导轨上面下滑，其运动也是匀加速直线运动。 3.验证牛顿第二定律 牛顿第二定律所描述的内容,就是一种物体的加速度与其所受合外力成正比,与其自身质量成反比，且加速度的方向与合外力方向相似。
5、数学表述为 F=a （5)为了研究牛顿第二定律,考虑如图1所示一种运动物体系统,系统由(滑块）和(砝码）两个物体构成，忽视空气阻力及气垫对滑块的粘滞力，不计滑轮和细线的质量等。图 验证牛顿第二定律 调节气垫导轨水平后,将一定质量的砝码盘通过一细线经气垫导轨的滑轮与滑块相连。设滑块部分的质量为,滑块自身所受重力为，气垫对滑块的漂浮力为，此二力相平衡,滑块在垂直方向受到的合外力为零。滑块在水平方向上受到细线的拉力，此力为重物作用于细线所产生的张力,由于气垫导轨和滑块及细线所受的粘滞阻力及空气阻力忽视不计,则有 (6) 式中a为运动系统的加速度，根据式（6）有 (7）在式（7）中，若令mm2表达运动
6、物体系统的总质量,m2表达物体系统在运动方向所受的合外力，则式（7)即为式（5）F=a。根据式（）,验证牛顿第二定律可分为如下两步来完毕。 （1)当系统总质量m保持不变时，加速度a应与合外力F成正比,比值为常数,即 (） 实验时,在保持总质量m不变的状况下，变化合外力Fim2ig,即逐次变化砝码盘中砝码的质量,测出系统相应的加速度i。如果在实验误差容许的范畴内式（9)成立， (9) 则验证了m不变的状况下,与F成正比。还可以运用上述a和F数据作关系图，若为直线，则可验证式(8）,即与F成正比。 （）当保持系统所受合外力F=2g不变时,加速度a的大小应与系统的总质量m1+m2成反比,即 （1）
7、同样，实验时保持合外力F=mg不变，变化系统总质量mii+m2，即逐次向滑块增长不同重量的质量块,测出系统相应的加速度a。如果在实验误差容许的范畴内式（1）成立， (11) 则验证了F不变的状况下,a与m成反比。还可以运用上述和数据作a关系图，若为直线,则可验证式（10),即a与m成反比。 如果式（8）和式（1)均被验证，则式(7)即式（)得到验证,也就是说,验证了牛顿第二定律。 4.鉴定实验与理论与否相符根据实验数据，计算加速度a实验值的不拟定度和理论值的不拟定度，如果式(12)成立, (12) 则阐明实验验证了理论；否则,实验不能验证理论，应查出因素。式(12)中的就是容许的实验最大误差也
8、许范畴。三、实验器材气垫导轨、光电计时系统、滑质量块（铁块)等块、砝码、。四、实验内容1.实验内容 在本实验装置的条件下,设计测量滑块在气垫导轨上运动所受空气阻力的实验方案。 2设计规定 （1)论述基本实验原理和实验措施；（2）阐明基本实验环节；（）进行实际实验测量;(4)阐明数据解决措施，给出滑块运动所受的阻力与运动速度的关系；()分析和讨论实验成果。五、实验数据2.根据气垫导轨水平调节数据,判断导轨与否水平，分析因素。.每一合外力和每一总质量状况下,分别计算加速度的理论值、实验值和相对百分误差，分析实验成果，判断与否验证了式（8）和式(10）。4.作图法判断理论与实验与否相符。用直角坐标纸或计算机分别作和关系图线,判断实验与否验证了理论。通过求斜率分别计算出总质量和合外力的实验值,与实际值（理论值）比较,分别计算相对百分误差和。.直接计算法判断理论与实验与否相符。任选其中一种合外力和一种总质量状况下,分别计算实验值的不拟定度和理论值的不拟定度,判断与否成立,分析实验与否可以验证理论。分析讨论实验成果，阐明实验与否验证了牛顿第二定律。六、结论1、验证了牛顿第二定律。、有关滑块所受的气体阻力与滑块运动速度的关系成立备注：该报告纳入考核,占总评成绩的10%。
