實驗5驗證牛頓第二定理
一、實驗目的
1.了解氣墊技術和光電計時技術技術原理，把握氣墊滑軌和計時計測速儀的使用技巧。
2.檢測滑塊加速度，驗證牛頓第二定理。
二、實驗儀器
汽墊滑軌及附件、MUJ-5B型計時計數測速儀、電子天平
三、實驗原理
1、速度檢測
長度為Δs的擋光片（如圖1）垂直裝在滑塊上，隨滑塊在氣墊滑軌上運動牛頓第一定律實驗原理，擋光片通過光電門時，測速儀測出擋光時間Δt，則瞬時速率：
sdtdstsvt??≈=??=→?lim
（1）式中Δs按照實際長度設置好，速率由測速儀手動估算并顯示。2、加速度檢測
擋光片隨滑塊通過光電門1和2，測出擋光片經過兩個光電門的
擋光時間1t?、1t?及從門1運動到門2的運動時間t，測速儀手動按（2）式估算并顯示加速度a。
1212t1t1tstvva（2）3、牛頓第二定理驗證方式
在下圖由1m、2m構成的系統中，在阻力忽視不計時，有：
ammgm)(212+=。令gmF2=，21mmM+=，則有MaF=。保
持M不變，改變F，測a，可驗證a與F的關系；F不變，改變M，測a，可驗證a
與M的關系。
四、實驗內容與步驟
1.氣墊滑軌的水平調節
分靜態調平法或動態調平法。采用靜態調平法：接通氣源后，將滑塊在氣墊滑軌中間靜止釋放牛頓第一定律實驗原理，觀察滑塊運動，按照運動方向判定并調節滑軌調平螺絲，反復進行，使滑塊靜止釋放后保持不動或稍稍左右擺動。
2.練習檢測速率和加速度。
3.驗證牛頓第二定理
（1）驗證質量不變時，加速度與合外力成反比。
用電子天平稱出滑塊質量滑塊m，按上圖所示裝配，測速儀選“加速度”功能，將4個砝碼全部放到滑塊上，將滑塊移至遠離滑輪一端釋放，通過兩光電門，記錄加速度a。重復檢測4次。再將滑塊上的4
個砝碼分四次從滑塊上移至砝碼盤上，重復
上述步驟。
（2）驗證合外力不變時，加速度與質量成正比。
在砝碼盤上放一個砝碼（即gm102=），讓滑塊由靜止通過兩光電門，記錄加速度a，重復測4次。再將四個配重塊逐次加到滑塊上，重復上述步驟。
五、數據處理
1、由數據記錄表1，可得到a與F的關系如下：
a-F圖中直線斜率的倒數為總質量，即==K
計
M1/0.058=172.4克，與實際值M=164.8克的相對偏差：0?-=
MMEr計=
08
.1648
.1644.172?-=4.6%
2、由數據記錄表2，可得a與M的關系如下：實際合外力gmF2==98002/sgcm
a-1/M圖中直線斜率為合外力，即==KF計93422/sgcm，與實際值F=/s2
的相對偏差：0?-=F
FFEr計=
9342?-=-4.7%
六、實驗推論與剖析
實驗推論：按照數據處理所得a-F圖、a-1/M圖，擬合的直線近似過原點，且相對偏差較小，可以覺得：在偏差的范圍內，實驗與牛頓第二定理相符，即加速度與合外力成反比，與質量的倒數成反比（即與質量成正比）。
實驗剖析：
借助氣墊技術去除了磨擦阻力保證了實驗預期結果，但還存在以下誘因會對實驗結果形成偏差：
(1)滑軌未完全調水平；
(2)空氣阻力、滑輪與軸承間磨擦阻力的影響；
(4)砝碼、配重塊的質量偏差
空氣等各類阻力對實驗的影響可能是主要的。由于空氣阻力通常與速率的平方成反比，所以實驗中拉力不能太大，否則加速度大，速率降低快，空氣阻力降低也快；但拉力也不能過小，否則很小的阻力也會形成較大的相對偏差。
實驗數據記錄紙
實驗名稱：驗證牛頓第二定理實驗時間：年月日______系級專業班姓名學號
數據記錄：
表1驗證加速度與合外力關系數據記錄
0m=5g，=滑塊m139.8g,=+=05mmM滑塊164.8g
表2驗證加速度與質量關系數據記錄
2m=10g,'m=50g
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