实验2.4牛顿第二定律的验证

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1、实验2.4牛顿第二定律的验证[实验目的]1、学习气垫导轨的调节与使用；2、熟悉光电门、数字计时器的使用；3、研究力、质量和加速度之间的关系，验证牛顿第二定律。[实验仪器]气垫导轨，数字计时器或电脑通用计数器，托盘天平，微音洁净气泵等。[实验原理]验证性实验都是在某一理论结果已知的条件下进行的,所谓验证是指实验的结果和理论结果完全一致，但这种一致实质上是在实验装置、方法存在误差范围内的一致，若实验结果与理论结果之差超出了实验误差的范围，则不能说验证了理论的正确性，此时或者否定验证方法的可靠性，或者怀疑理论本身的正确性，但无论怎样由一次实验或一种实验装置得出这种结论都是非常困难的，

2、要做大量的对比实验才能得到科学正确的结论，切不可草率地下结论．即使实验结果与理论结果之差在实验的误差之内，也不能武断地认为一定验证了理论的正确性往往随着实验水平的提高而发现了理论上的不足之处，从而推动了理论工作的不断发展．因此验证性实验是属于难度很大的一类实验．验证性实验可分两大类：一是直接验证，一是间接验证．本实验属于直接验证，所谓直接验证是对理论所涉及的物理量都能在实验中直接测定，并能研究它们之间的定量关系．牛顿第二定律指出，对于一定质量的物体，其所受的合外力F和物体所获得的加速度之间存在如下关系：（2-3-1）为了研究问题的方便，实验分两步进行：当保持物体的质量不变时，研

3、究加速度与合外力之间关系；当保持物体所受的合外力不变时，研究加速度与物体质量之间关系。图2-3-1取滑块质量为，砝码和托盘的质量为，细线（不可伸长）为一力学系统，如图2-3-1所示，为细线中的张力。则有：（2-3-2）则系统受合外力为：（2-3-3）令，得（2-3-4）气垫导轨是为消除摩擦而设计的一种力学仪器，它利用气源将压缩空气打入导轨腔中，导轨表面的气孔喷出的压缩气流，使导轨表面和滑块之间形成一层非常薄的“气垫”，将滑块托起，这样可以认为滑块在导轨表面上的运动看成近似无摩擦的直线运动。[实验内容与步骤]一、实验前准备1、接通数字计时器，安装光电门，使光电门之间相距50cm。

4、2、调水平气垫导轨（阅读仪器说明）：接通气源，把滑块放在导轨某处，用手轻轻地把滑块放在导轨上放开，调节水平螺钉，使滑块能在导轨上静止；或稍有滑动，但不总是向同一方向滑动即可；或将气轨与毫秒计配合进行调平，接通电源，毫秒计功能选择在“”档，让滑块以一定的速度运动，通过两个光电门的速度相对不确定度不超过3%即可。3、用酒精擦洗气垫导轨表面。4、滑块两端装上挂钩架，将拴在砝码桶上的细线，跨过滑轮上的方孔挂在滑块的座架上，连线长度保证砝码桶刚着地，滑块要能通过靠近滑轮一侧的光电门。5、在数字计时器上选择相应的功能。二、质量一定，研究加速度与力之间的关系1、保持M不变；2、改变力F四次：

5、每次从滑块上取下一个砝码，放在砝码桶（或砝码托盘上），注意不能超过砝码桶最大限量。3、每改变一次力，滑块从同一位置静止释放，测加速度4次，记下每次加速度的值。4、记录各数据于表2-3-1中。(三)作用力一定，研究加速度与质量的关系1、拉力一定（如加3个砝码）；2、改变滑块的质量四次，记下加速度的值。3、每改变一次质量，滑块从同一位置静止释放，测加速度4次，记录每次加速度的值。填入数据记录表2-3-2中。[数据记录及处理]一、质量保持不变，=。表2-3-1次数()()()()()1、根据此表数据在坐标纸上作出；2、根据所画曲线，得出什么样的结论。3、对结论作出分析。二、保持力不变

6、，=。表2-3-2次数()()()()()1、根据此表数据在坐标纸上作当曲线，得出结论：2、根据所画曲线，得出什么样的结论。3、对结论作出分析。[注意事项]1、先调平气垫导轨，通气后放滑块，结束时先取下滑块，后关掉气源，不应长时间供气，以免气源温度过高，缩短使用寿命；2、两滑块碰撞要作对心碰撞，切勿斜撞，防止滑块从气垫导轨上掉下；3、挡片必须通过光电门进行挡光，才能计时；4、改变滑块质量时，应对称地加减配重块。[仪器介绍]（一）气垫导轨一、气垫导轨简介气垫导轨装置如图2-3-2所示。图2-3-2气垫导轨示意图气垫导轨是一根方形(或三角形)铝合金型材结构的管体，全长约1580mm

7、，两个轨面互成直角，经过精细加工，有较高的平直度和表面光洁度，每个轨面上均匀分布着直径为0.6mm的喷气孔。气泵将压缩空气从导轨一端的进气管送入，空气通过导轨表面的喷气孔向外喷射，在滑块与导轨之间形成一定厚度的“气垫”，将滑块托起，使滑块能在导轨上做近似无摩擦的运动。这是因为气垫导轨内腔的压缩空气通过导轨面上的喷气孔作用于滑块下部，在滑块的上下部间便形成了一定的压力差，这个压力差超过滑块本身的自重时，滑块便浮起，滑块与导轨之间就形成了气膜，气膜内的气体向四周流出使其气压降低，当滑块上下部的压