怀 化 学 院

      大 学 物 理 实 验      实验报告

系别   数学系   年级  2010  专业信息与计算  班级10信计3班

姓名   张  三   学号10094030**  组别  1 实验日期20##-4-10

实验项目:    验证牛顿第二定律

【实验题目】验证牛顿第二定律

【实验目的】

1. 了解气垫技术的原理，掌握气垫导轨和计时计测速仪的使用方法。

2. 掌握测速仪测速度、加速度方法。

3. 验证牛顿第二定律。

【实验仪器】(应记录具体型号规格等，进实验室后按实填写)

汽垫导轨（含气源等附件）、MUJ-5B型计时计数测速仪、电子天平

【实验原理】(在理解基础上，简明扼要表述原理，主要公式、重要原理图)

1、速度测量

挡光片宽度Δs已知，用计时测速仪测出挡光片通过光电门时的挡光时间Δt,即可测出平均速度，因Δs很小，该平均速度近似为挡光片通过光电门时的瞬时速度，即：

瞬时速度：

MUJ-5B计时仪能直接计算并显示速度。

2、加速度测量

     设置两个光电门，测出挡光片通过两个光电门的速、度和挡光片在两光电门间的运动时间t，即可测出加速度a。

MUJ-5B计时仪能直接计算并显示加速度。

3、牛顿第二定律验证

在右图由、构成的系统中，在阻力忽略不计时，有：

令，，则有

令不变，改变（将砝码依次从滑块上移到砝码盘上，即可保证F增大，而M不变），即可验证质量不变时，加速度与合外力的关系；令不变，改变(在滑块上增加配重)，即可验证合外力不变时，加速度与质量的关系。

【实验内容与步骤】(实验内容及主要操作步骤)

1.气垫导轨的水平调节

可用静态调平法或动态调平法，使汽垫导轨保持水平。静态调平法：将滑块在汽垫上静止释放，调节导轨调平螺钉，使滑块保持不动或稍微左右摆动，而无定向运动，即可认为导轨已调平。

2.练习测量速度。

计时测速仪功能设在“计时2”，让滑块在汽垫上以一定的速度通过两个光电门，练习测量速度。

3.练习测量加速度

计时测速仪功能设在“加速度”，在砝码盘上依次加砝码，拖动滑块在汽垫上作匀加速运动，练习测量加速度。

4.验证牛顿第二定律

（1）验证质量不变时，加速度与合外力成正比。

用电子天平称出滑块质量，测速仪功能选“加速度”， 按上图所示放置滑块，并在滑块上加4个砝码(每个砝码及砝码盘质量均为5g)，将滑块移至远离滑轮一端，使其从静止开始作匀加速运动，记录通过两个光电门之间的加速度。再将滑块上的4个砝码分四次从滑块上移至砝码盘上，重复上述步骤。

（2）验证合外力不变时，加速度与质量成反比。

计时计数测速仪功能设定在“加速度”档。在砝码盘上放一个砝码（即），测量滑块由静止作匀加速运动时的加速度。再将四个配重块(每个配重块的质量均为m′=50g)逐次加在滑块上，分别测量出对应的加速度。

【数据处理】  (数据不必在报告里再抄写一遍，要有主要的处理过程和计算公式，要求用作图法处理的应附坐标纸作图或计算机打印的作图)

1、由数据记录表3，可得到a与F的关系如下：

由上图可以看出，a与F成线性关系，且直线近似过原点。

上图中直线斜率的倒数表示质量，M=1/0.0058=172克，与实际值M=165克的相对误差：

可以认为，质量不变时，在误差范围内加速度与合外力成正比。

2、由数据记录表4，可得a与M的关系如下：

由上图可以看出，a与1/M成线性关系，且直线近似过原点。

直线的斜率表示合外力，由上图可得：F=9342gcm/s²,实际合外力F=10克力=10g*980cm/s²=9800gcm/s²，相对误差：

可以认为，合外力不变时，在误差范围内加速度与质量成反比。

【实验结论与分析】(每个实验报告应有明确的实验结论或结果，本实验为验证性实验，应清楚表述实验的结论)

   实验结论：根据数据处理结果，可以认为：在误差的范围内，实验与牛顿第二定律相符，即加速度与合外力成正比，与质量成反比。

实验分析：实验误差主要来源于以下方面：

1.  导轨未完全调水平；

2.  空气阻力的影响，细线、滑轮运动阻力的影响；

3.  气流波动的影响；

4.  本地重力加速度近似取980cm/s²。

5.  砝码的质量误差。

空气等各种阻力对实验的影响可能是主要的。因为空气阻力一般与速度的二次方成正比，所以实验中拉力不能太大，否则加速度大，速度增加快，空气阻力增加也快；但拉力也不能过小，否则很小的阻力也会产生较大的影响。

怀 化 学 院 实 验 数 据 记 录 纸

实验名称：       验证牛顿第二定律                  实验时间： 20## 年 * 月 * 日

___数学系__ _系  10 级    信计    专业 * 班

姓名    张 三    学号   100940****         

 

数据记录：                  表1　速度测量练习数据记录表

表2　加速度测量练习数据记录表

m_滑块=_________g

表3  验证加速度与合外力关系数据记录表

m_滑块= 139.8 g， M=m_滑块+5m₀= 165  g

表4  验证加速度与质量关系数据记录表

m₂= 10 g , m_滑块= 139.8 g ，m’=  50 g

第二篇：牛顿第二定律的验证

牛顿第二定律的验证

实验目的 1． 2． 3． 4． 实验原理

牛顿第二定律的表达式为F=ma (1)验证此定律分为两步： （1） （2）

验证m一定时，a与F成正比 验证F一定时，a与m成正比 熟悉气垫的构造，掌握正确的使用方法 学会用光电计时系统测量短暂时间的方法 学会测量物体的速度和加速度

验证牛顿第二定律

把滑块放在水平导轨上，砝码盘和滑块相连，砝码盘挂在滑块上，由砝码盘、砝码、定滑轮和滑块组成这一系统，其系统所受到的合外力大小等于砝码盘和砝码总重量W减去阻力，在本实验中阻力可忽略不计，因此砝码和盘砝码的总重力W就等于作用在系统上合外力的大小。系统的总质量M就等于砝码盘和砝码的质量m1 、 滑块的质量m2和滑轮的折合质量 M= （m1 + m2 +

Ir

2

Ir

2

的总和，按牛顿第二定律：

)

在气垫上相距S的两光电门K1和K2 测出此系统在砝码等重力作用下滑块通过光电门的速度V1和V2 则系统的加速度a等于

a =

v2

2

?v12S

2

(2)

在滑块上放置避光片，其宽度为?d 同时利用计时器测出经两光电门的时间间隔，则系统的加速度为

a =

12S

(V2―V1 ) =

22

?d2s

2

(

1?t2

2

―

1?t1

2

) (3)

再此测量中实际测量的是滑块上的避光片（宽?d）经过某一段时间的平均速度，但由于?d较窄,所以在?d范围内,滑块的速度变化比较小,故可把平均速度看成是滑块上避光片经过两电门的瞬时速度.同样,如果?d越小,相应的避

光片宽度?d越窄,则平均速度越能准确的反应滑块在该时刻运动的瞬时速度.

实验步骤

一.观察匀速直线运动

1、首先检“查计时装置”是否正常:将“计时装置”与 “光电门”连接好,要注意套管插头和插孔正确插入,将光电门按在导轨上,给气垫通气,并检查气流是否均匀, 避光片第一次挡光开始计时,第二次挡光停止计时,这说明光电计时装置能正常工作.

2、 调节导轨底座平螺丝,使其水平，只要导轨水平,滑块在导轨的速度就是匀速 运动只要是匀速运动,对于同一个避光片而言滑块经过过光电门的时间就相等,即?t1??t2

二.验证牛顿第二定律

1. 保证系统中质量M不变时，验证加速度a与合外力F成正比

(1). 调整气垫导轨，让滑块能在气垫导轨上作匀速运动，将两电门置于相于相距50cm的位置上；用卡尺测量避光片的宽度?d。

（2） 把系有砝码盘的轻质细线通过滑轮和滑块相连，在滑块上放入25g砝码（由五个质量相同的小砝码组成）

（3）令滑块从第一个光电门外20cm处开始滑动。记录滑块经过两光电门时的时间?t1?t2重复五次取平均值。

（4）逐次从滑块上取一个砝码放到砝码盘上，重复（3）的测量，直至滑块上的小砝码全部移到砝码盘上。

（5）通过所记录的数据，计算出v1v2(v1?

速度a的5个值。并作出，a - F图线.

2. 保持外力不变（即砝码与砝码盘的总质量不变），改变滑块的质量，验证a与m成反比

将10g砝码放入砝码盘中，让砝码盘与砝码的总质量不变。改变滑块的质量，即在滑块上每次增加一个砝码（5g），分别记录滑块经过两光电门的时间?t1和?t2 ?d?t1v2??d?t2)并根据（3）式计算出加

重复5次分别取平均值。通过所记录的数据，计算出v1v2和a的5个平均值。并作出a - m图线。