石油化工专业

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中国石油大学(华东)现代远程教育
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:常强学号:1898516900004 年级专业层次:18春石油化工技术高起专
学习中心:泰安零距离
提交时间:2018 年10 月8 日
(2)由测量加速度
设v1和v2为滑块经过两个光电门的速度,S是两个光电门之间距离,则加速度a为(3)
根据式(3)也可以计算出作匀加速直线运动滑块的加速度。

(3)由测量加速度
还可以根据匀加速直线运动加速度a、位移S(S=x-x0)及运动时间t之间的关系式测量加速度。

据此计算加速度有多种方法,其中一种方法是根据式(4)由作图法求出加速度。

(4)
实验时固定初位置x0(光电门1的位置),改变不同的末位置x(光电门2的位置),使物体(滑块)从静止开始运动,测出相应的运动时间t,作关系图线。

如果是直线,说明物体作匀加速运动,直线的斜率为。

以上介绍了3种测量加速度a的方法。

具体测量时先把气垫导轨调水平,再使滑块在水平方向受到一恒力的作用,那么滑块的运动就是匀加速直线运动;也可先把气垫导轨调水平,然后将其一端垫高h高度,使气垫导轨倾斜,滑块在倾角为θ的导轨上面下滑,其运动也是匀加速直线运动。

3.验证牛顿第二定律
牛顿第二定律所描述的内容,就是一个物体的加速度与其所受合外力成正比,与其本身质量成反比,且加速度的方向与合外力方向相同。

数学表述为
F=ma (5)
为了研究牛顿第二定律,考虑如图1所示一个运动物体系统,系统由(滑块)和(砝码)两个物体组成,忽略空气阻力及气垫对滑块的粘滞力,不计滑轮和细线的质量等。

图1 验证牛顿第二定律
调节气垫导轨水平后,将一定质量的砝码盘通过一细线经气垫导轨的滑轮与滑块相连。

设滑块部分的质量为,滑块本身所受重力为,气垫对滑块的漂浮力为N,此二力相平衡,滑块在垂直方向受到的合外力为零。

滑块在水平方向上受到细线的拉力,此力为重物作用于细线所产生的张力T,由于气垫导轨和滑块及细线所受的粘滞阻力及空气阻力忽略不计,则有
(6)
式中a为运动系统的加速度,根据式(6)有
(7)
在式(7)中,若令m=m1+m2表示运动物体系统的总质量,F=m2g表示物体系统在运动方向所受的合外力,则式(7)即为式(5)F=ma。

根据式(7),验证牛顿第二定律可分为以下两步来完成。

(1)当系统总质量m保持不变时,加速度a应与合外力F成正比,比值为常数,即(8)
实验时,在保持总质量m不变的情况下,改变合外力Fi=m2ig,即逐次改变砝码盘中砝码的质量,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(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,。