大学物理一实验报告速度加速度的测定和牛顿运动定律的验证.doc
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1、-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根本工作原理,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根本实验方法。二、实验原理1速度的测量 一个作直线运动的物体,如果在tt+t时间通过的位移为*+*,则该物体在t时间的平均速度为,t越小,平均速度就越接近于t时刻的实际速度。当t0时,平均速度的极限值就是t时刻或*位置的瞬
2、时速度 1实际测量中,计时装置不可能记下t0的时间来,因而直接用式1测量*点的速度就难以实现。但在一定误差围,只要取很小的位移*,测量对应时间间隔t,就可以用平均速度近似代替t时刻到达*点的瞬时速度。本实验中取*为定值约10mm,用光电计时系统测出通过*所需的极短时间t,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
3、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SS*0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*0光电门1的位置,改变不同的末位置*光电门2的位置,使物体滑块从静止开场运动,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
4、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,则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一样。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
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