牛顿第二定律的验证实验论文 牛顿第二定律的验证实验论文 学院： 专业： 学号： 姓名： 摘要：牛顿第二定律是指点动力学的基本方程，说明了力、质量、加速度三个物理量之间的恒定关系，是经典力学的重要理论之一。气垫导轨是一种现代化的力学实验仪器，在导轨表面与滑块内表面之间因有一层很薄的气垫层极大地减少了以往在力学实验中因摩擦力而引起的误差。利用气垫提供相对理想的环境下验证F=Ma，实验利用光电计时系统测得相对准确的通过光电门1，光电门2的速度和时间。最后通过验算验证牛顿第二定律。 关键词：气垫导轨 光电计时系统 牛顿第二定律 加速度 验证 【实验目的】 （1）熟悉气垫导轨的构造，掌握正确的使用方法。 （2）熟悉光电计时系统的工作原理，学会用光电计时系统测量短暂时间的方法。 （3）学会测量物体的速度和加速度。 （4）验证牛顿第二定律。 【实验仪器】 气垫导轨、气源、通用电脑计数器、游标卡尺、托盘天平、砝码及托盘等。 【实验原理】 牛顿第二定律表达式 F=Ma （3-1） 其中F为系统所受的合外力，M为系统的总质量，a为系统的加速度。当系统的总质量一定时，滑块的加速度a随着F的加大而增大。且 。把滑块放在水平导轨上，滑块和砝码相连挂在滑轮上，由砝码盘，滑块，砝码和滑轮组成的这一系统，其系统所受到的合外力大小等于砝码（包括砝码盘）的重力F减去阻力，在本实验中阻力可忽略，因此砝码的重力G就等于作用在系统上合外力F的大小。系统的质量M等于所加砝码 ,滑块的质量 和滑轮的折合质量 的总和，若忽略滑块与导轨之间的黏性阻力和滑轮的摩擦阻力，根据牛顿第二定律，有 （3-2） 由于折合质量 相对于 而言很小，故在实验时可以忽略，于是，式（3-2）可以近似写成 （3-3） 实验装置如图3-1所示，在导轨上的相距s的两处放置两光电门 和 ,测出此系统的砝码重力作用下滑块通过两光电门的速度 和 ，则系统的加速度 （3-4） 滑块经过 时计时器记录的时间为 ，经过 时计时器记录的时间为 ，滑块从 运动到 所用的时间为 ，则 和 ，其中为 挡光片的宽度。 图3-1 实验装置侧面示意图 （四）【实验内容与步骤】 1.验证 一定时， 与 成反比。 打开数字毫秒计时器，选择“加速度”挡，将细尼龙线的一端接在滑块上，另一端绕过滑轮后悬挂一砝码盘，先把所有砝码都放在滑块上，并将滑块置于第一个光电门外侧，使挡光片距离第一个光电门约20cm外，松开滑块，测出并记录滑块通过两个光电门的时间 和 ，以及滑块从第一光电门到第二光电门的时间 ，然后按数字毫秒计时器面板上的转换键，分别记录 、 和加速度 。将实验数据记录在表3-1中 逐次从滑块上取下砝码加到砝码盘上，重复上述测量。 从上述测量中任意抽取5组数据，计算出不同作用力下的加速度与作用力的比值，若比值很接近，说明 与 成正比。 【数据记录与处理】 挡光片的挡光距离 ，滑块的质量 。 表3-1 系统总质量不变时的实验数据 次数 砝码质量 光电门1 光电门2 两光电门 速度1 速度2 加速度 1 5.2 43.14 21.70 1714.89 23.18 46.08 13.35 2 10.3 30.66 15.56 1223.71 32.62 64.27 25.86 3 15.0 24.14 12.60 982.29 41.42 79.36 38.62 4 20.1 21.89 11.50 871.35 45.68 90.50 51.44 5 25.0 18.95 9.82 765.95 52.77 101.83 64.05 【结论】 在相对误差小于3.0%范围内，当M一定时，a与F成正比，即牛顿第二定律得证。 【误差分析】 ①气垫导轨未调水平； ②天平砝码磨损； ③天平称质量时读数误差； ④砝码与砝码盘在滑块滑动时在旋转。 （八）【注意事项】 1.实验前必须先将气垫导轨调平 2.注意砝码盘尼龙线的长度，必须保证滑块经过光电门2时，砝码盘未到地面 （九）【
总结
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】 ①实验前需好好预习，了解清楚实验所需的仪器的用途与注意事项 ②实验时认真听课，理解老师的讲解与操作 ③实验后好好处理好数据，能够清楚的分析与总结 注释： ； 。 参考文献： 【1】赵近芳《大学物理学第3版上》北京邮电大学出版社2011年1月 【2】全日制普通高中高级中学教科书《物理第二册上》人民教育出版社中学物理室编著2002年10月 【3】覃以威《大学物理实验1》广西师范大学出版社2011年4月 【4】贾玉润，王公治，凌佩玲.《大学物理实验【M】》.上海复旦大学出版社1987年3月 【5】徐子民《普物实验》中大理学院物理编印1987年10月
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