《大學物理(一)》實驗報告

1、.中國石油大學（華東）現(xiàn)代遠程教育實驗報告課程名稱：大學物理(一)實驗名稱：速度、加速度的測定和牛頓運動定律的驗證實驗形式：在線模擬+現(xiàn)場實踐提交形式：在線提交實驗報告學生姓名：王龍學 號： 年級專業(yè)層次：網(wǎng)絡 18 春機械設計制造及其自動化網(wǎng)絡春高起本學習中心：大慶油田學習中心提交時間：2019 年4 月23 日.一、實驗目的1、了解氣墊導軌的構造和性能，熟悉氣墊導軌的調節(jié)和使用方法。2、了解光電計時系統(tǒng)的基本工作原理，學會用光電計時系統(tǒng)測量短暫時間的方法。3、掌握在氣墊導軌上測地速度、加速度的原理和方法。4、從實驗上驗證F=ma 的關系式，加深對牛頓第二定律的理解。5、掌握驗證物理規(guī)律的基

2、本實驗方法。二、實驗原理1.速度的測量一個做直線運動的物體，如果在tt+ t 時間內通過的唯一為x（xx+ x），則該物體在t 時間內容的平均速度為， t 越小，平均速度就越接近于t 時刻的實際速度。當 t 0 時，平均速度的極限值就是t 時刻（或X 位置）的瞬時速度。（1）實際測量中，計時裝置不可能記下t 0 的時間來，因而直接用式（1）測量某點的速度就難以實現(xiàn)。但在一定誤差范圍內，只要取很小的位移x，測量對應時間間隔t ，就可以用平均速度近似代替t 時刻到達x 點的瞬時速度v。不能食言中取x 為定值（約 10mm ）,用光電計時系統(tǒng)測出通過x 所需的極短時間t，較好地解決了瞬時速度的測量問

3、題。2.加速度的測量在氣墊導軌上相距一定距離S的兩個位置處各放置一個光電門，分別測量出滑塊經(jīng)過這兩個位置時的速度V1 和 V2，對于勻加速直線運動問題，通過加速度、速度、位移及運動時間之間的關系，就可以實現(xiàn)加速度a 的測量。（ 1）由測量加速度在氣墊導軌上滑塊運動經(jīng)過相隔一定距離的兩個光電門時的速度分別為v1 和 v2，經(jīng)過兩個光電門之間的時間為t21 ，則加速度a 為（2）根據(jù)式（ 2）即可計算出滑塊的加速度。（ 2）由測量加速度設 V1 和 V2 為滑塊經(jīng)過兩個光電門的速度，S 是兩個光電門之間的距離，則加速度a 為.（ 3）根據(jù)式（ 3）也可以計算出作勻加速直線運動滑塊的加速度。（ 3）

4、由測量加速度還可以根據(jù)勻加速直線運動加速度a、位移 s（ s=x-x0）及運動時間t 之間的關系式測量加速度。根據(jù)計算及速度有多重方法，其中一種方法是根據(jù)式（ 4）由作圖法求出加速度。（ 4）實驗時固定初位置x0（光電門 1 的位置），改變不同的末位置x（光電門2 的位置），使物體（滑塊）從靜止開始運動，測出相應的運動時間t，作關系圖線。如果是直線，說明物體作勻加速運動，直線的斜率為。以上介紹了三種測量加速度a 的方法。具體測量時先把氣墊導軌調水平，再使滑塊在水平方向受到一恒力的作用，那么滑塊的運動就是勻加速直線運動；也可以先把氣墊導軌調水平，然后將其一端墊高h 高度，使氣墊導軌傾斜，滑塊在請

5、教為的導軌上面下滑，其運動也是勻加速直線運動。3.驗證牛頓第二定律牛頓第二定律所描述的內容， 就是一個物體的加速度與其所受合外力成正比， 與其本身質量成反比，且加速度的方向與合外力方向相同。書序表述為F=ma（ 5）為了研究牛頓第二定律，考慮如圖1 所示一個運動物體系統(tǒng)，系統(tǒng)由m1（滑塊）和m2（砝碼）兩個物體組成，忽略空氣阻力及氣墊對滑塊的粘滯力，不計滑輪和細線的質量等。.圖 1驗證牛頓第二定律調節(jié)氣墊導軌水平后，將一定質量的砝碼盤通過一細線經(jīng)氣墊導軌的滑輪與滑塊相連，設滑塊部分的質量為 m1，畫框本身所受重力為 m1g，氣墊對滑塊的漂浮力為 N，此二力相平衡， 滑塊在垂直方向受到的合外力為

6、零。 滑塊在水平方向上受到細線的拉力， 此力為重物作用于細線所產(chǎn)生的張力 T，由于氣墊導軌和滑塊及細線所受的粘滯阻力及空氣阻力忽略不計，則有（ 6）式中 a 為運動系統(tǒng)的加速度，根據(jù)式（6）有（ 7）在式（ 7）中，若令m=m1+m2 表示運動物體系統(tǒng)的總質量，F(xiàn)=m2g 表示物體體統(tǒng)在運動方向所受的合外力，則式（7）即為式（ 5） F=ma。根據(jù)式（ 7），驗證牛頓第二定律可分為以下兩步來完成。（ 1）當系統(tǒng)總質量m 保持不變時，加速度a 應與合外力F 成正比，比值為常數(shù)，即（8）實驗時，在保持總質量m 不變的情況下，改變合外力Fi=m2ig，即逐次改變砝碼盤中砝碼的質量，測出系統(tǒng)響應的加速

7、度ai。如果在實驗誤差允許范圍內式（9）成立，（ 9）則驗證了 m 不變的情況下，a 與 f 成正比。還可以利用上述a 和 F 數(shù)據(jù)做 AF 關系圖，若為直線，則可驗證式（8），即 a 與 F 成正比。（ 2）當保持系統(tǒng)所受合外力F=m2g 不變，改變系統(tǒng)總質量mi=m1i+m2 ，即逐次向滑塊.增加不同重量的質量塊，測出系統(tǒng)相應的加速度ai。如果在實驗誤差允許的范圍內式（11）成立，（ 11）則驗證了 F 不變的情況下a 與 m 成反比。還可以利用上述a 和 m 數(shù)據(jù)作 a1/m 關系圖，若為直線，則可驗證式（10），即 a 與 m 成反比。如果式（ 8）和式（ 10）均被驗證，則式（7）即

8、式（ 5）得到驗證，也就是說，驗證了牛頓第二定律。4. 判定實驗與理論是否相符根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，計算加速度a 實驗值的不確定度和理論值的不確定度，如果式（ 12）成立，（ 12）則水命實驗驗證了理論；否則，實驗不能驗證理論，應查出原因。式（12）中的就是 a 實允許的實驗最大誤差可能范圍。三、實驗器材氣墊導軌、光電計時系統(tǒng)、滑塊、砝碼、質量塊（鐵塊）等.四、實驗內容1.調節(jié)氣墊導軌和光電計時系統(tǒng)調整氣墊導軌水平，達到細調水平要求，即滑塊往返一次。調整光電計時系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)。2.驗證物體系統(tǒng)總質量不變時加速度與合外力成正比保證物體系統(tǒng)總質量不變，逐步增加砝碼盤中砝碼的質量，改變外力5 次。每一

9、外力下分別記錄滑塊經(jīng)過兩個光電門的時間和，重復測量6 次。3.驗證物體系統(tǒng)所受合外力不變時加速度與總質量成反比保持砝碼盤部分的質量不變，即合外力不變， 在滑塊上逐步增加質量塊，改變物體系統(tǒng)總質量 5 次。每一總質量下分別記錄滑塊經(jīng)過兩個光電門的時間和，重復測量6次。五、實驗數(shù)據(jù)質量不變時加速度與外力成證比對額數(shù)據(jù)記錄：.物體所受外力不變時，加速度與質量成反比的數(shù)據(jù)記錄表：.六、結論根據(jù)數(shù)據(jù)處理結果，可以認為： 在誤差的范圍內，實驗與牛頓第二定律相符，即加速度與合外力成正比，與質量成反比。實驗分析：實驗誤差主要來源于以下幾個方面：1、導軌未完全調水平；2、空氣阻力的影響，細線、滑輪運動阻力的影響