加速度的測量與牛頓運動定律的驗證

關(guān)于加速度的測量與牛頓運動定律的驗證這個問題很多朋友還不知道，今天小六來為大家解答以上的問題，現(xiàn)在讓我們一起來看看吧！

1、****中學(xué)物理實驗實驗報告課程名稱：物理實驗名稱：速度、加速度的測定和牛頓運動定律的驗證實驗形式：現(xiàn)場實踐提交形式：提交書面實驗報告學(xué)生姓名： 學(xué)號： 年級： 提交時間： 2015 年 10 月 12 日一、實驗?zāi)康?1．了解氣墊導(dǎo)軌的構(gòu)造和性能，熟悉氣墊導(dǎo)軌的調(diào)節(jié)和使用方法。

2、 2．了解光電計時系統(tǒng)的基本工作原理，學(xué)會用光電計時系統(tǒng)測量短暫時間的方法。

3、 3．掌握在氣墊導(dǎo)軌上測定速度、加速度的原理和方法。

4、 4．從實驗上驗證F=ma的關(guān)系式，加深對牛頓第二定律的理解。

5、 5．掌握驗證物理規(guī)律的基本實驗方法。

6、二、實驗原理1．速度的測量 　　一個作直線運動的物體，如果在t~t+Δt時間內(nèi)通過的位移為Δx（x~x+Δx），則該物體在Δt時間內(nèi)的平均速度為，Δt越小，平均速度就越接近于t時刻的實際速度。

7、當Δt→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Δt→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)。

8、但在一定誤差范圍內(nèi)，只要取很小的位移Δx，測量對應(yīng)時間間隔Δt，就可以用平均速度近似代替t時刻到達x點的瞬時速度。

9、本實驗中取Δx為定值（約10mm），用光電計時系統(tǒng)測出通過Δx所需的極短時間Δt，較好地解決了瞬時速度的測量問題。

10、 2．加速度的測量 　　在氣墊導(dǎo)軌上相距一定距離S的兩個位置處各放置一個光電門，分別測出滑塊經(jīng)過這兩個位置時的速度v1和v2。

11、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(guān)系，就可以實現(xiàn)加速度a的測量。

12、 　?。?）由測量加速度 　　在氣墊導(dǎo)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。

13、 　?。?）由測量加速度 　　設(shè)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。

14、 　　（3）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(guān)系式測量加速度。

15、據(jù)此計算加速度有多種方法，其中一種方法是根據(jù)式（4）由作圖法求出加速度。

16、 （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(yīng)的運動時間t，作關(guān)系圖線。

17、如果是直線，說明物體作勻加速運動，直線的斜率為。

18、 　　以上介紹了3種測量加速度a的方法。

19、具體測量時先把氣墊導(dǎo)軌調(diào)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；也可先把氣墊導(dǎo)軌調(diào)水平，然后將其一端墊高h高度，使氣墊導(dǎo)軌傾斜，滑塊在傾角為θ的導(dǎo)軌上面下滑，其運動也是勻加速直線運動。

20、 3．驗證牛頓第二定律 　　牛頓第二定律所描述的內(nèi)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(zhì)量成反比，且加速度的方向與合外力方向相同。

21、數(shù)學(xué)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（滑塊）和（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(zhì)量等。

22、圖1　驗證牛頓第二定律　　調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌水平后，將一定質(zhì)量的砝碼盤通過一細線經(jīng)氣墊導(dǎo)軌的滑輪與滑塊相連。

23、設(shè)滑塊部分的質(zhì)量為，滑塊本身所受重力為，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零。

24、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(dǎo)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(zhì)量，F(xiàn)=m2g表示物體系統(tǒng)在運動方向所受的合外力，則式（7）即為式（5）F=ma。

25、根據(jù)式（7），驗證牛頓第二定律可分為以下兩步來完成。

26、 　?。?）當系統(tǒng)總質(zhì)量m保持不變時，加速度a應(yīng)與合外力F成正比，比值為常數(shù)，即 （8） 　　實驗時，在保持總質(zhì)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(zhì)量，測出系統(tǒng)相應(yīng)的加速度ai。

27、如果在實驗誤差允許的范圍內(nèi)式（9）成立， （9） 　　則驗證了m不變的情況下，a與F成正比。

28、還可以利用上述a和F數(shù)據(jù)作a～F關(guān)系圖，若為直線，則可驗證式（8），即a與F成正比。

29、 　?。?）當保持系統(tǒng)所受合外力F=m2g不變時，加速度a的大小應(yīng)與系統(tǒng)的總質(zhì)量m=m1+m2成反比，即 （10） 　　同樣，實驗時保持合外力F=m2g不變，改變系統(tǒng)總質(zhì)量mi=m1i+m2，即逐次向滑塊增加不同重量的質(zhì)量塊，測出系統(tǒng)相應(yīng)的加速度ai。

30、如果在實驗誤差允許的范圍內(nèi)式（11）成立， （11） 　　則驗證了F不變的情況下，a與m成反比。

31、還可以利用上述a和m數(shù)據(jù)作a～關(guān)系圖，若為直線，則可驗證式（10），即a與m成反比。

32、 　　如果式（8）和式（10）均被驗證，則式（7）即式（5）得到驗證，也就是說，驗證了牛頓第二定律。

33、 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） 　　則說明實驗驗證了理論；否則，實驗不能驗證理論，應(yīng)查出原因。

34、式（12）中的就是允許的實驗最大誤差可能范圍。

35、三、實驗器材 氣墊導(dǎo)軌、光電計時系統(tǒng)、滑質(zhì)量塊（鐵塊）等塊、砝碼、。

36、四、實驗內(nèi)容 1．實驗內(nèi)容 　　在本實驗裝置的條件下，設(shè)計測量滑塊在氣墊導(dǎo)軌上運動所受空氣阻力的實驗方案。

37、 2．設(shè)計要求 　?。?）闡述基本實驗原理和實驗方法；（2）說明基本實驗步驟；（3）進行實際實驗測量；（4）說明數(shù)據(jù)處理方法，給出滑塊運動所受的阻力與運動速度的關(guān)系；（5）分析和討論實驗結(jié)果。

38、五、實驗數(shù)據(jù) 1．2．根據(jù)氣墊導(dǎo)軌水平調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)，判斷導(dǎo)軌是否水平，分析原因。

39、 3．每一合外力和每一總質(zhì)量情況下，分別計算加速度的理論值、實驗值和相對百分誤差，分析實驗結(jié)果，判斷是否驗證了式（8）和式（10）。

40、 4．作圖法判斷理論與實驗是否相符。

41、用直角坐標紙或計算機分別作和關(guān)系圖線，判斷實驗是否驗證了理論。

42、通過求斜率分別計算出總質(zhì)量和合外力的實驗值，與實際值（理論值）比較，分別計算相對百分誤差和。

43、 5．直接計算法判斷理論與實驗是否相符。

44、任選其中一種合外力和一種總質(zhì)量情況下，分別計算實驗值的不確定度和理論值的不確定度，判斷是否成立，分析實驗是否能夠驗證理論。

45、 6．分析討論實驗結(jié)果，說明實驗是否驗證了牛頓第二定律。

46、六、結(jié)論 驗證了牛頓第二定律。

47、 2、關(guān)于滑塊所受的氣體阻力與滑塊運動速度的關(guān)系成立備注：該報告納入考核，占總評成績的10%。

48、希望可以幫到您謝謝。

本文分享完畢，希望對大家有所幫助。

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