牛頓第二定律的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)論文

牛頓第二定律的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)論文學(xué)院：職業(yè)技術(shù)師范學(xué)院專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化機(jī)電一體化學(xué)號(hào)：201213201177姓名：陳耀武摘要：牛頓第二定律表明物體的加速度與施加的合外力成正比，與物體的質(zhì)量成反比，方向與合外力方向相同。這定律又稱為“加速度定律”。牛頓第二定律的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)為氣墊上兩滑塊的相互作用。利用氣墊提供相對(duì)理想的環(huán)境下驗(yàn)證F=Ma，實(shí)驗(yàn)利用光電計(jì)時(shí)系統(tǒng)測(cè)得相對(duì)準(zhǔn)確的通過光電門1，光電門2的速度和時(shí)間。最后通過驗(yàn)算驗(yàn)證牛頓第二定律。關(guān)鍵詞：氣墊光電計(jì)時(shí)系統(tǒng)牛頓第二定律加速度驗(yàn)證（一）【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹浚海?）熟悉氣墊導(dǎo)軌的構(gòu)造，掌握正確的使用方法。（2）熟悉光電計(jì)時(shí)系統(tǒng)的工作原理，學(xué)會(huì)用光電計(jì)時(shí)系統(tǒng)測(cè)量短暫時(shí)間的方法（3）學(xué)會(huì)測(cè)量物體的速度和加速度（4）驗(yàn)證牛頓第二定律（二）【實(shí)驗(yàn)儀器】：氣墊導(dǎo)軌氣源通用電腦計(jì)數(shù)器游標(biāo)卡尺物理天枰砝碼及托盤等（三）【實(shí)驗(yàn)原理】：牛頓第二定律表達(dá)式F=Ma，F(xiàn)為系統(tǒng)所受的合外力，M為系統(tǒng)的總質(zhì)量，a為系統(tǒng)的加速度。當(dāng)系統(tǒng)的總質(zhì)量一定時(shí)，滑塊的加速度a隨著F的加大而增大。且F1/a1=F2/a2=…=M。把滑塊放在水平導(dǎo)軌上，滑塊和砝碼相連掛在滑輪上，由砝碼盤，滑塊，砝碼和滑輪組成的這一系統(tǒng)，其系統(tǒng)所受到的合外力大小等于砝碼（包括砝碼盤）的重力F減去阻力，在本實(shí)驗(yàn)中阻力可忽略，因此砝碼的重力G就等于作用在系統(tǒng)上合外力F的大小。系統(tǒng)的質(zhì)量M等于所加砝碼m1,滑塊的質(zhì)量m2和滑輪的折合質(zhì)量I/r2的總和，若忽略滑塊與導(dǎo)軌之間的黏性阻力和滑輪的摩擦阻力，根據(jù)牛頓第二定律，有F=（m1+m2+I/r2）①由于折合質(zhì)量I/r2相對(duì)于（m1+m2）而言很小，故在實(shí)驗(yàn)時(shí)可以忽略，于是，①式可以近似寫成F=（m1+m2）a（四）【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟】：驗(yàn)證M一定時(shí)，a與F成反比。（1）打開數(shù)字毫秒計(jì)時(shí)器，選擇“加速度”擋，將細(xì)尼龍線的一端接在滑塊上，另一端繞過滑輪后懸掛一砝碼盤，先把所有砝碼都放在滑塊上，并將滑塊置于第一個(gè)光電門外側(cè)，使擋光片距離第一個(gè)光電門約20cm外，松開滑塊，測(cè)出并記錄滑塊通過兩個(gè)光電門的時(shí)間t1和t2，以及滑塊從第一光電門到第二光電門的時(shí)間△t，然后按數(shù)字毫秒計(jì)時(shí)器面板上的轉(zhuǎn)換鍵，分別記錄v1，v2（v1=d/t1,v2=d/t2）和加速度a。將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄在表3-1中（2）逐次從滑塊上取下砝碼加到砝碼盤上，重復(fù)上述測(cè)量。（3）從上述測(cè)量中任意抽取5組數(shù)據(jù)，計(jì)算出不同作用力下的加速度與作用力的比值，若比值很接近，說明a與F成正比。（五）【數(shù)據(jù)記錄與處理】表3-1擋光片的擋光距離d=60cm，滑塊的質(zhì)量m滑=334g次數(shù)砝碼質(zhì)量m(g)光電門1t1（ms）光電門2t2（ms）兩光電門△t（ms）速度v1（cm/s）速度v2（cm/s）加速度a（cm/s）15.045.3822.261777.3622.0444.9212.87210.031.9415.741253.5231.3163.5325.70315.026.3912.911030.1637.8977.4638.41420.022.4211.11883.0844.6090.0151.42525.020.4610.00798.4248.88100.0064.03K1=a1/F1=a1/m1g=12.87×10-2/5.0×10-3×9.78=2.63（1/kg）K2=a2/F2=a2/m2g=25.70×10-2/10.0×10-3×9.78=2.56（1/kg）K3=a3/F3=a3/m3g=38.41×10-2/15.0×10-3×9.78=2.61（1/kg）K4=a4/F4=a4/m4g=51.42×10-2/20.0×10-3×9.78=2.63（1/kg）K5=a5/F5=a4/m5g=64.03×10-2/25.0×10-3×9.78=2.62(1/kg)K=(k1+k2+k3+k4+k5)/5=2.61(1/kg)E=|Kmax-Kmin|/K×100%=|2.63-2.56|/2.61×100%=2.7%〈3.0%（注釋）（六）【結(jié)論】在相對(duì)誤差小于3.0%范圍內(nèi)，當(dāng)M一定時(shí)，a與F成正比，即牛頓第二定律得證。（七）【誤差分析】①系統(tǒng)誤差，儀器精確度造成的誤差，儀器之間有摩擦②稱量時(shí)人為讀數(shù)誤差③空氣阻力（八）【注意事項(xiàng)】1.實(shí)驗(yàn)前必須先將導(dǎo)軌調(diào)平2.注意砝碼盤尼龍線的長度，必須保證滑塊經(jīng)過光電門2時(shí)，砝碼盤未到地面（九）【總結(jié)】經(jīng)過一個(gè)學(xué)期的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程學(xué)習(xí)，實(shí)踐，領(lǐng)悟到①讀懂實(shí)驗(yàn)書不等于會(huì)做實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)書把整個(gè)實(shí)驗(yàn)都寫得很詳細(xì)，把書讀得很熟，但往往實(shí)驗(yàn)時(shí)會(huì)手慢腳亂，我們應(yīng)該加強(qiáng)動(dòng)手能力的訓(xùn)練。②實(shí)驗(yàn)時(shí)不敢獨(dú)立進(jìn)行，總是等別人做好了再模仿。這是不自信的一種表現(xiàn)，我們應(yīng)該放開自己，按照實(shí)驗(yàn)儀器要求獨(dú)立操作完成實(shí)驗(yàn)，敢于嘗試③這個(gè)學(xué)期雖然做了10個(gè)實(shí)驗(yàn)，但實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理，相關(guān)誤差分析還沒形成系統(tǒng)的概念，我們應(yīng)該認(rèn)真思考自己哪里出了錯(cuò)，加以改進(jìn)，對(duì)數(shù)據(jù)處理進(jìn)行系統(tǒng)的復(fù)習(xí)注釋：Kmax：是K1到K5中最大的值，即2.63；Kmin：是K1到K5中最小的值，即2.56參考文獻(xiàn)：【1】趙近芳《大學(xué)物理學(xué)第3版上》北京郵電大學(xué)出版社2011年1月【2】全日制普通高中高級(jí)中學(xué)教科書《物理第二冊(cè)上》人民教育出版社中學(xué)物理室編著2