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实验报告

课程名称：大学物理(一)

实验名称：速度、加速度的测定和牛顿运动定律的验证

实验形式：在线模拟+现场实践

提交形式：在线提交实验报告

学生姓名： 赵某某 学 号： ***02

年级专业层次： 网络19秋 建筑工程技术 网络秋高起专

学习中心： **_*

提交时间： 2020 年 6 月 26 日

一、实验目的

1．了解气垫导轨的构造和性能，熟悉气垫导轨的调节和使用方法。

2．了解光电计时系统的基本工作原理，学会用光电计时系统测量短暂时间的方法。

3．掌握在气垫导轨上测定速度、加速度的原理和方法。

4．从实验上验证F=ma的关系式，加深对牛顿第二定律的理解。

5．掌握验证物理规律的基本实验方法。



二、实验原理

1．速度的测量

　　一个作直线运动的物体，如果在t~t+Δt时间内通过的位移为Δx（x~x+Δx），则该物体在Δt时间内的平均速度为，Δt越小，平均速度就越接近于t时刻的实际速度。当Δt→0时，平均速度的极限值就是t时刻（或x位置）的瞬时速度

（1）

　　实际测量中，计时装置不可能记下Δt→0的时间来，因而直接用式（1）测量某点的速度就难以实现。但在一定误差范围内，只要取很小的位移Δx，测量对应时间间隔Δt，就可以用平均速度近似代替t时刻到达x点的瞬时速度。本实验中取Δx为定值（约10mm），用光电计时系统测出通过Δx所需的极短时间Δt，较好地解决了瞬时速度的测量问题。

2．加速度的测量

　　在气垫导轨上相距一定距离S的两个位置处各放置一个光电门，分别测出滑块经过这两个位置时的速度v1和v2。对于匀加速直线运动问题，通过加速度、速度、位移及运动时间之间的关系，就可以实现加速度a的测量。

由测量加速度

　在气垫导轨上滑块运动经过相隔一定距离的两个光电门时的速度分别为v1和v2，经过两个光电门之间的时间为t21，则加速度a为
（2）

　　根据式（2）即可计算出滑块的加速度
。

　　（2）由测量 内容过长，仅展示头部和尾部部分文字预览，全文请查看图片预览。 9）成立。

（9）

　　则验证了m不变的情况下，a与F成正比。还可以利用上述a和F数据作a～F关系图，若为直线，则可验证式（8），即a与F成正比。

　　（2）当保持系统所受合外力F=m2g不变时，加速度a的大小应与系统的总质量m=m1+m2成反比，即
（10）

　　同样，实验时保持合外力F=m2g不变，改变系统总质量mi=m1i+m2，即逐次向滑块增加不同重量的质量块，测出系统相应的加速度ai。如果在实验误差允许的范围内式（11）成立，

（11）

　　则验证了F不变的情况下，a与m成反比。还可以利用上述a和m数据作a～
关系图，若为直线，则可验证式（10），即a与m成反比。

　　如果式（8）和式（10）均被验证，则式（7）即式（5）得到验证，也就是说，验证了牛顿第二定律。

4．判定实验与理论是否相符

　根据实验数据，计算加速度a实验值的不确定度和理论值的不确定度，如果式（12）成立，

（12）

则说明实验验证了理论；否则，实验不能验证理论，应查出原因。式（12）

中的
就是允许的实验最大误差可能范围。



三、实验器材

　气垫导轨、光电计时系统、滑块、质量块（铁块）、砝码等。



四、实验内容

1.调节气垫导轨和光电计时系统

调整气垫导轨水平，达到细调水平要求，即滑块往返一次。调整光电计时系统处于正常工作状态。具体调节方法请参阅附录一和附录二。

2.验证物体系统总质量不变时加速度与合外力成正比

保证物体系统总质量不变，逐步增加砝码盘中砝码的质量，改变外力5次。每一外力下分别记录滑块经过两个光电门的时间和，重复测量6次。

3.验证物体系统所受合外力不变时加速度与总质量成反比

保持砝码盘部分的质量不变，即合外力不变，在滑块上逐步增加质量块，改变物体系统总质量5次。每一总质量下分别记录滑块经过两个光电门的时间和，重复测量6次。

1．在本实验装置的条件下，设计测量滑块在气垫导轨上运动所受空气阻力的实验方案。

2．设计要求

　　（1）阐述基本实验原理和实验方法；（2）说明基本实验步骤；（3）进行实际实验测量；（4）说明数据处理方法，给出滑块运动所受的阻力与运动速度的关系；（5）分析和讨论实验结果。



实验数据



六、结论

1、验证了牛顿第二定律。

2、关于滑块所受的气体阻力与滑块运动速度的关系成立。





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