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物理与光电实验中心
实验目的:
验证牛顿第二定律
实验仪器:
气垫导轨、滑块、光电门、电脑通用计数器、砝码(5克)、配重块(50克)、物理天平、细线
实验原理:
牛顿第二定律的数学表达式为F=mɑ。(当物体的质量m一定时,其加速度ɑ与所受的合外力F成正比;当合外力一定时,物体的质量m与加速度ɑ成反比。)
实验装置如图:
由牛顿第二定律可得:m2g=(m1+m2)ɑ。其中m2为砝码和砝码盘的总质量,m1为滑块及其附加物的质量,ɑ为系统的加速度,m1+m2为系统的总质量。上式表明:当系统的总质量(m1+m2)保持不变时,加速度ɑ与所受的合外力m2g成正比;当合外力m2g保持恒定时,系统的总质量(m1+m2)与加速度ɑ成反比。因而验证式m2g=(m1+m2)ɑ成立,也就是验证牛顿第二定律。
实验内容:
1、仪器调整:调节气垫导轨水平,
安装调试光电计时系统。
2、验证牛顿第二定律:
⑴验证运动系统的总质量(m1+m2)不变,合外力F正比于加速度ɑ
将改变m2所需砝码预先放在滑块上,使滑块从第一个光电门外侧20cm处开始运动,逐次从滑块上取下相等质量的砝码(每次取5克,共取5次),放入砝码盘中,直到砝码全部移到盘中为止,测出滑块经过两个光电门间的加速度,填入表1中。
⑵验证合外力不变,运动系统的总质量(m1+m2)与加速度ɑ成反比
保持砝码盘中的砝码质量不变,逐次在滑块上加配重块(每次加50克,共加5次),测出加速度,填入表2中。
数据处理:
表1m1+m2=kg表2m2=kg
根据表1中数据做ɑ~F图,若为直线,则F和ɑ成正比关系成立,且直线的斜率应等于(前两位数字相同即可认为在误差范围内相等)运动系统总质量的倒数。
根据表2的数据做出m1~1/ɑ图,若为直线,且直线的斜率等于m2g(前两位数字相同),截距为-m2,则可认为系统的总质量与其加速度成反比关系成立。
项目
次数
m2(kg)
ɑ(m/s2)
1
2
3
4
5
项目
次数
m1(kg)
ɑ(m/s2)
1
2
3
4
5
〔实验注意事项〕
,实验中必须避免导轨受碰撞、摩擦而变形、损伤,没有给气轨通气时,不准在导轨上强行推动滑块。
,以免在与导轨两端缓冲弹簧碰撞后跌落而使滑块受损。
,应防止砝码盘摆动且滑块最好在同一位置处释放,这样便于检查数据的正确性。
,细绳长度要合适,太长则砝码可能在通过第二个光电门之前就落地了。
。
①在验证质量不变,物体的加速度与所受合外力成正比时,为了保证总质量不变,改变外力时,必须把不在砝码盘上的砝码放在滑块上。
②在验证当物体所受外力不变,物体的加速度与质量成反比时,为节省时间,可在砝码盘上加千克的砝码,保持一个较大的外力,加快实验速度。
,注意小东西如钉子、螺母、砝码等不能丢。