速度、加速度的测定和牛顿运动定律的验证1
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:提交书面实验报告
学生姓名: 马宗玲 学 号: 12470120002
年级专业层次: 高起专 学习中心: 山东莱芜学习中心
提交时间: 2013年 10 月 25日
一、实验目的
1、学习气垫导轨和电脑计数器的使用方法。
2、在气垫导轨上测量物体的速度和加速度并验证牛顿第二定律。
二、实验原理
(1) 用天平测出小车和小桶的质量M和M′，记录数据，在小车上加砝码，小桶里放入适量的沙，使小桶和沙的总质量远小于小车和砝码的总质量，把砝码和沙的质量m和m′记下来.
(2) 按照图把实验器材安装好，只是不把悬挂小桶用的细绳系在车上，即不给小车加牵引力. (3) 平衡摩擦力，在长木板的不带定滑轮的一端下面垫小木垫，反复移动木垫的位置，直至小车在斜面上运动时可以保持匀速直线运动状态. 这时，小车拖着纸带运动时受到的摩擦阻力恰好与小车所受的重力在沿斜面方向上的分力平衡.
(4) 把细绳系在小车上并绕过滑轮悬挂小桶. 接通电源，放开小车，打点计时器在纸带上打下一系列的点. 取下纸带，在纸带上标上该纸带的号码.
(5) 保持小车的质量不变，改变沙的质量，即改变小车所受牵引力，再做几次实验. 在实验中一定要使沙和小桶的总质量远小于小车和砝码的总质量.在每条纸带上都选取一段比较理想的部分，按照“研究匀变速直线运动”实验中求加速度的方法，计算出各条纸带对应的加速度的值. 根据实验数据，画出小车所受牵引力，即桶和沙的总重力(M′+ m′)g跟小车加速度a之间关系的图
三、实验器材
打点计时器，纸带及复写纸片，小车，附有定滑轮的长木板，薄木垫，小桶，细绳，沙，学生天平(带一套砝码)刻度尺，砝码
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
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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
?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.
?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。如图(a)所示为实验装置简图。A为小车，B为打点计时器，C为装有沙的沙桶，D为一端带有定滑轮的长方
形木板，实
验中认为细
绳对小车拉
力F等于沙
和沙桶总重
量，小车运动加速度a可用纸带上的点求得。
(1)图(b)为某次实验得到的纸带(交流电的频率为50Hz)，试由图中数据求出小车运动的加速
2度a=_______m,s。
(2)保持沙和沙桶质量不变，改变小车质量m，分别得到小车运动的加速度a与质量m及 对应的1,m数据如下表
1 2 3 4 5 6 7 8 次数
21.90 1.72 1.49 1.25 1.00 0.75 0.50 0.30 小车加速度a(m,s)
0.25 0.29 0.33 0.40 0.50 0.71 1.00 1.67 小车质量m(kg)
-11/m(kg) 4.00 3.50 3.00 2.50 2.00 1.40 1.00 0.60 根据上表数据，为直观反映F不变时a与m的关系，请在方格坐标纸(c)中选择恰当物理量建立坐标系，并作出图线。从图线中得到F不变时小车加速度a与l,m之间定量关系式为___________。
(3)保持小车质量不变，改变沙和沙桶的重量，该同学根据实验数据作出l了加速度a与合力F图线如图(d)所示，该图线不通过原点，明显超出偶然误差范围，其主要原因是__________. 四(变式迁移
1.某学生想了解所居住高楼内电梯运行的
大致规律，他设计一个利用体重计来进行测
量和研究的方案:
(1) 把体重计平放在电梯的地板上，他
站在体重计上，请两位同学协助他
观察体重计示数的变化情况，并记
录电梯运行时不同时刻体重计的示
数。
(2) 将两位同学随机记录的7个数据列
表，由于不知记录时刻的先后，故表格数据按从小到大的次序排列，并相应标明t、1
t……t.(记录时电梯作平稳运动) 27
(3) 对实验数据进行分析研究，了解电梯的运行情况，并粗略测定电梯的加速度。思考
回答下列问题:
?在测量时该学生所受的重力将____________(填“变大”、“变小”、“不变”) ?如果先记录到的是较小的示数，后记录到的是较大的示数，则记录时电梯相应的运动可能是
A. 先加速下降后匀速下降 B.先匀速下降后减速下降
C.先匀速上升后减速上升 D.先加速上升后匀速上升
观察次数 时刻 体重计读数(N) 1 t 449 1
2 t 450 2
3 t 450 3
4 t 549 4
5 t 550 5
6 t 551 6
7 t 551 7
?由于每部电梯运行时加速度都是设定好的，如果要知道该高楼电梯的加速度，还需要测定
物理量是________
六、结论
1、关于牛顿第二定律的验证。
2、关于滑块所受的气体阻力与滑块运动速度的关系。
备注:该报告纳入考核，占总评成绩的10%。
浙公网安备 33021202002483