实验5验证牛顿第二定理
一、实验目的
1.了解气垫技术和光电计时技术技术原理，把握气垫滑轨和计时计测速仪的使用技巧。
2.检测滑块加速度，验证牛顿第二定理。
二、实验仪器
汽垫滑轨及附件、MUJ-5B型计时计数测速仪、电子天平
三、实验原理
1、速度检测
长度为Δs的挡光片（如图1）垂直装在滑块上，随滑块在气垫滑轨上运动牛顿第一定律实验原理，挡光片通过光电门时，测速仪测出挡光时间Δt，则瞬时速率：
sdtdstsvt??≈=??=→?lim
（1）式中Δs按照实际长度设置好，速率由测速仪手动估算并显示。2、加速度检测
挡光片随滑块通过光电门1和2，测出挡光片经过两个光电门的
挡光时间1t?、1t?及从门1运动到门2的运动时间t，测速仪手动按（2）式估算并显示加速度a。
1212t1t1tstvva（2）3、牛顿第二定理验证方式
在下图由1m、2m构成的系统中，在阻力忽视不计时，有：
ammgm)(212+=。令gmF2=，21mmM+=，则有MaF=。保
持M不变，改变F，测a，可验证a与F的关系；F不变，改变M，测a，可验证a
与M的关系。
四、实验内容与步骤
1.气垫滑轨的水平调节
分静态调平法或动态调平法。采用静态调平法：接通气源后，将滑块在气垫滑轨中间静止释放牛顿第一定律实验原理，观察滑块运动，按照运动方向判定并调节滑轨调平螺丝，反复进行，使滑块静止释放后保持不动或稍稍左右摆动。
2.练习检测速率和加速度。
3.验证牛顿第二定理
（1）验证质量不变时，加速度与合外力成反比。
用电子天平称出滑块质量滑块m，按上图所示装配，测速仪选“加速度”功能，将4个砝码全部放到滑块上，将滑块移至远离滑轮一端释放，通过两光电门，记录加速度a。重复检测4次。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，加速度与质量成正比。
在砝码盘上放一个砝码（即gm102=），让滑块由静止通过两光电门，记录加速度a，重复测4次。再将四个配重块逐次加到滑块上，重复上述步骤。
五、数据处理
1、由数据记录表1，可得到a与F的关系如下：
a-F图中直线斜率的倒数为总质量，即==K
计
M1/0.058=172.4克，与实际值M=164.8克的相对偏差：0?-=
MMEr计=
08
.1648
.1644.172?-=4.6%
2、由数据记录表2，可得a与M的关系如下：实际合外力gmF2==98002/sgcm
a-1/M图中直线斜率为合外力，即==KF计93422/sgcm，与实际值F=/s2
的相对偏差：0?-=F
FFEr计=
9342?-=-4.7%
六、实验推论与剖析
实验推论：按照数据处理所得a-F图、a-1/M图，拟合的直线近似过原点，且相对偏差较小，可以觉得：在偏差的范围内，实验与牛顿第二定理相符，即加速度与合外力成反比，与质量的倒数成反比（即与质量成正比）。
实验剖析：
借助气垫技术去除了磨擦阻力保证了实验预期结果，但还存在以下诱因会对实验结果形成偏差：
(1)滑轨未完全调水平；
(2)空气阻力、滑轮与轴承间磨擦阻力的影响；
(4)砝码、配重块的质量偏差
空气等各类阻力对实验的影响可能是主要的。由于空气阻力通常与速率的平方成反比，所以实验中拉力不能太大，否则加速度大，速率降低快，空气阻力降低也快；但拉力也不能过小，否则很小的阻力也会形成较大的相对偏差。
实验数据记录纸
实验名称：验证牛顿第二定理实验时间：年月日______系级专业班姓名学号
数据记录：
表1验证加速度与合外力关系数据记录
0m=5g，=滑块m139.8g,=+=05mmM滑块164.8g
表2验证加速度与质量关系数据记录
2m=10g,'m=50g
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