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1、验证牛顿第二定律参考实验报告实验目的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，物理天平等。实验原理牛顿第二定律的表达式为Fma （11）验证此定律可分两步（1）验证m一定时，a与F成正比。（2）验证F一定时，a与m成反比。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W减去阻力，在本实验中阻力可忽略，因此砝码的重力W就等于作用在系统
2、上合外力的大小。系统的质量m就等于砝码的质量m1、滑块的质量m2和滑轮的折合质量的总和，按牛顿第二定律 （12）在导轨上相距S（系统默认S=50cm）的两处放置两光电门k1和k2，测出此系统在砝码重力作用下滑块通过两光电门和速度v1和v2，则系统的加速度a（可有光电计时器直接读出）等于 （13）在滑块上放置双挡光片，同时利用计时器测出经两光电门的时间间隔，则通过2个光电门的速度为 （用卡尺测出遮光片两挡光沿的宽度，）（速度可有光电计时器直接读出） （14）d图11其中为遮光片两个挡光沿的宽度如图11所示。在此测量中实际上测定的是滑块上遮光片（宽）经过某一段时间的平均速度，但由于较窄，所以在范围
3、内，滑块的速度变化比较小，故可把平均速度看成是滑块上遮光片经过两光电门的瞬时速度。同样，如果越小（相应的遮光片宽度也越窄），则平均速度越能准确地反映滑块在该时刻运动的瞬时速度。实验步骤 1调好光电计时器，调整气垫导轨水平（1）首先检查计时装置是否正常。将计时装置与光电门连接好，要注意套管插头和插孔要正确插入，将两光电门按在导轨上，利用功能键调到加速度，利用转换键调至显示速度和加速度。双挡光片第一次挡光开始计时，第二次挡光停止计时就说明光电计时装置能正常工作；（2）给导轨通气，并检查气流是否均匀；（3）选择合适的挡光片放在滑块上，再把滑块置于导轨上；（4）调节导轨底座调平螺丝，使其水平。只要导轨
4、水平，滑块在导轨上的运动就是匀速运动，只要是匀速运动，滑块经过两光电门的速度相等。2验证牛顿第二定律（1）保证系统的总质量不变时，验证加速度与外力的关系。1）调整气垫导轨，让质量为m2滑块能在气垫导轨上作匀速运动。将两个光电门置于相距S（系统默认S=50cm）的位置上；2）把系有砝码盘的轻质细线通过滑轮和滑块相连，在滑块上放置多个质量为的砝码，用天平测得系统的总质量m，从光电计时器读出加速度a1 ；3）依次从滑块上取下质量为的砝码加至砝码盘中，分别读出加速度a2 ，a3，a4 。4）用作图法处理数据，验证加速度与外力之间的线性关系。（2）保持外力不变（即砝码盘与砝码的总质量不变），改变滑块质量
5、，研究系统质量与加速度的关系。1）调节两光电门之间的距离合适；2）令托盘和它上面的砝码的质量m1不变，改变滑块的质量m2 ，在滑块上每次增加砝码，测出a 。3）通过在滑块上增加砝码，多次改变滑块的质量，分别测量对应a ，用作图法处理数据，验证加速度与质量之间的反比关系实验数据记录及处理 1测量数据记录与处理。系统的总质量M不变,M=(滑块，滑块上的砝码，托盘，托盘上的砝码，绳子等组成)表1F（N）a（cm/s2） 利用描点法作图：以a, F分别为横坐标、纵坐标作图（成线性关系，应为一直线） 保持外力不变，改变质量F=（即托盘与托盘上砝码的总质量不变，它们受的重力）表2 M(g)1/Ma（cm/
6、s2）利用描点法作图：以a, 1/M分别为横坐标、纵坐标作图（成线性关系，应为一直线） 实验结论1加速度与外力之间成线性关系。2加速度与质量的倒数之间成正比关系。（加速度与质量之间的反比关系）实验中的注意问题1、 光电计时器一定要调到加速度、并通过转换键调到显示速度和加速度2、 光电门之间距离要调到50cm, 选择合适的遮光片。3、 气垫导轨使用前一定要调水平4、 第二定律中的质量一定不要认为是滑块的质量，让总质量保持不变时，不要再向运动系统中添加砝码。5、 作图要使用铅笔，先描点，描点要清晰，然后使用直线连接各点（或平均分布于直线两侧，严重偏离的数据剔除）。思考题1 实验中如果导轨未调平，对验证牛顿第二定律有何影响，得到的图将是什么样的？图线偏移原点2 如何尽量减小误差？气垫导轨要尽可能水平等
