《大学物理(一)》速度、加速度的测定和牛顿运动定律的验证实验报告

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（）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：提交书面实验报告学生姓学号：年级专业层次：高起专学习中心：________提交时间：2016 年6 月15 日、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+ △时间内通过的位移为\x x~x+ Ax ,则该物体在1F =——At时间内的平均速度为亠，△越小，平均速度就越接近于t时刻的实际速度。

当 A t T 时，平均速度的极限值就是t时刻（或x位置）的瞬时速度ir = lim ------------------———（1）实际测量中，计时装置不可能记下 A t T0勺时间来，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Ax测量对应时间间隔At就可以用平均速度订近似代替t时刻到达x点的瞬时速度r。

本实验中取Ax为定值（约10mm ）, 用光电计时系统测出通过Ax所需的极短时间A,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。

（1）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)（2）根据式（2）即可计算出滑块的加速度。

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(）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：提交书面实验报告学生姓盖克许学号:1896010101001年级专业层次：网络18春建筑工程技术网络春高起专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’'I ，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，则有也g—τ= m2a(6）式中a为运动系统的加速度，根据式（6）有Πj g=⅛M1+ffl a）tf（7）在式（7）中，若令m=m1+m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，即罚需(吨+也）（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，即立，⅛（m11+M a) = ⅞（m u+ M a）=…・=⅞（⅝+m3） = m2g丄则验证了 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〜二关系图，若为直线，则可验证式（10）,即a与m成反比。

⅞（叫+旳）(10)同样，实验时保持合外力F=m2g不变, 不同重量的质量块，测出系统相应的加速度改变系统总质量mi=m1i+m2,即逐次向滑块增加ai。

大学物理实验报告速度加速度的测定和牛顿运动定律的验证Document serial number【NL89WT-NY98YT-NC8CB-NNUUT-NUT108】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：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：学号：184**********年级专业层次：学习中心：山东济南明仁学习中心提交时间：2019年月日二、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。

（1）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。

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：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：学号：184**********年级专业层次：学习中心：山东济南明仁学习中心提交时间：2019 年月日一、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。

（1）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。

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：朱建军学提交时间：2017年6月6日四、实验内容像a—F图像.(6) 保持沙和小桶质量不变，在小车上加砝码，重复上面的实验，然后画出质量倒数与加速度a之间关系a—的图像.3. 注意事项(1) 使沙和小桶的总质量远小于小车和砝码的总质量.(2) 平衡摩擦力时不要挂小桶，应连着纸带，且接通电源. 判断小车是否作匀速直线运动可以直接观察，也可以用打点计时器打出的纸带判定(各点间间距相等).(3) 小车应紧靠打点计时器，先接通电源后才放手.(4) 画a—F和a—图像时，应使所描的点均匀分布在直线两侧.4。

难点突破：（1）. 数据处理需要计算各种情况下所对应的小车加速度时，使用“研究匀变速直线运动”的方法，先在纸带上标明计数点，测量各计数点间的距离，根据公式a=计算加速度.需要记录各组对应的加速度与小车所受牵引力F，然后建立直角坐标系，纵坐标表示加速度a，横坐标表示作用力F，描点画a—F图像，如果图像是一条直线，便证明T加速度与作用力成正比.再记录各组对应的加速度与小车和砝码总质量，然后建立直角坐标系，用纵坐标表示加速度a，横坐标表示总质量的倒数，描点画a—图像，如果图像是一条直线，就证明了加速度与质量成反比五、实验数据①研究加速度与质量成反比，跟力成正比实验中所采用的牵引力由细绳来提供，而计算时，采用的是桶和沙所受的总重力(M′+m′)g，这二者之间存在着差异，当桶和沙通过细绳与小车一起运动时，由于桶和沙也做匀加速直线运动，故其所受合外力不为零，即(M′+m′)g＞F. F为细绳上的张力，也是细绳对小车的拉力. 因此，用这种方法得到的结果必然存在误差. 因此本实验要求桶和沙的总质量远小于车和砝码的质量，此时(M′+m′)相对于(M+m)可以忽略，则(M′+m′)a相对于(M+m)a可以忽略，即F近似等于(M′+m′)g. 因此，理论上说，桶和沙的总质量与小车和砝码的总质量相比越小，误差越小.②平衡摩擦力时，如果忘记了这一步，就会出现如图甲所示的a—F图像，这种情况下，直线不过原点. 但是如果平衡摩擦力时斜面倾角过大，也造成误差，形成如图乙所示的a—F 图像，因此实验中如果出现图示的情况，应检查平衡摩擦力造成的偏差.三、好题精析例题1.某同学设计了一个探究加速度与物体所受合力F及物体质量m的关系实验。

中国石油大学（华东）现代远程教育实验报告学习中心：提交时间：2014 年 6 月 2 日汽垫上静止释放，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滑块m ，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g m 102=），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】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：%2.4165165172=- 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/s 2,实际合外力F=10克力=10g*980cm/s 2=9800gcm/s 2，相对误差：%7.4980093429800=-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。

中国石油大学（华东）现代远程教育实验报告课程名大学物理（）实验名速度、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学号：年级专业层次：网络18春石油化工技术学习中心： ___________________________提交时间：2018 年09 ______________________ 月22 _________ 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。

(2)气垫导轨的滑轮与滑块相连。

设滑块部分的质量为I,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=m^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，即罚需（巾1+也）（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，砖迈述1~ = a a|| e .| | — - —-..I-（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。

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：学号：184**********年级专业层次：学习中心：山东济南明仁学习中心提交时间：2019 年月日一、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。

（1）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。