气垫导轨验证牛顿第二定律.doc

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利用气垫导轨验证牛顿第二定律
牛顿(Isaac Newton, 1643-1727,英国物理学家、数学家和天文学家)是 ，牛顿基于伽利略、开普勒等人的工作, 建立了三条运动基本定律和万有引力定律，并建立了经典力学的理论体系。在光 学方面，牛顿发现白色日光由不同颜色的光构成，并制成“牛顿色盘”；关于光 的本性，牛顿创立了光的“微粒说”。牛顿运动定律是在观察和实验的基础上归 纳总结出来的，已被公认为宏观自然规律。本实验通过观察、测量及计算，得 到物体的加速度与其质量及所受外力的关系，进而验证牛顿第二定律。实验中采 用气垫导轨和光电计时系统，使牛顿第二定律的定量研究获得较理想的结果。
卖栓目的
1. 学习气垫导轨和电脑计数器的调整方法；
2. 验证牛顿第二定律。
气垫导轨、气源、滑块、舷码、电脑通用计数器
卖族廉理
验证性实验是在己知某一理论的条件下进行的。所谓验证是指实验结果与理 论结果的完全一致，这种一致实际上是实验装置、方法在谋差范围内的一致。由 丁•实验条件和实验水平的限制，有时可以使实验结果与理论结果Z差超出了实验 误差的范用，因此验证性实验是属丁难皮很大的一类实验，耍求具备较烏的实验 条件和实验水平。本实验通过何接测屋牛顿第二定律所涉及的各物理最的值，并 研究它们之间的定最关系，进行克接验证。
1. 速度的测量
悬浮在水平气犁导轨上的滑块，当它所受合外力为零时，滑块将在导轨上静 止或作匀速fi线运动。在滑块上装两个挡光杆，当滑块通过某一个光电门时，笫 一个挡光杆挡住照在光电管上的光，计数器开始计时，当另一个扌当光杆再次挡光 时，计数器计时停止，这样计数器数字显示屏上就显示出两个挡光杆通过光电门 的时间a t。
如果两个挡光杆轴线之间的距离为A厶可以计算出滑块通过光电门的平均 速度▽为：
v = — (1)
At
由T-AZ比较小（lcm左右），在△厶范囤内滑块的速度变化很小，所以可把〒看 做滑块经过光电门的瞬时速度。
2. 加速度的测最
在气垫导轨上，设置两个光电门，其间距为S。使受到水平恒力作用的滑块
（做匀加速鬥线运动）依次通过这两个光电门，计数器可以显示出滑块分别通过 这㈱个光电门的时间5 A £及通过两光电门的时间间隔A人滑块滑过第一
个光电门的初速度为7F—,滑块滑过第二个光电门的末速度为V2=—，贝IJ滑 At1 At.
块的加速度为：
At
2S
(2)
3. 验证牛顿第二定律
按照牛顿第二定律，对于一定质最〃的物体，其所受的介外力丘含和物体获 得的加速度£乙间的关系如下：
F =Ma fr （3）
验证此泄律可分为两步：（1）验证物体的质暈必一定时，其所受合外力丘介和物 体的加速度斤成正比：（2）验证合外力丘介一定时，物体的加速度冠的大小和其 质量於成反比。
若实验中所用滑块质最为血，祛码盘和舷码的质最为业,则该系统的总质 址於加十風，该系统所爱的合外力的大小F二iibg,则有：
F-Ma （4）
（一）调节气垫导轨水平
1 •静态调平（粗调）
调节导轨底脚螺丝使滑块在导轨上无定向