《大学物理(一)》实验报告验证牛顿第二定律-气垫导轨实验(一).doc

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，滑块本身所受重力为，气垫对滑块的漂浮力为N，此二力相平衡，滑块在垂直方向受到的合外力为零。滑块在水平方向上受到细线的拉力，此力为重物作用于细线所产生的张力T，由于气垫导轨和滑块及细线所受的粘滞阻力及空气阻力忽略不计，则有
　　　　　　　　                                        〔6〕
　　式中a为运动系统的加速度，根据式〔6〕有
　　　　　　　　                                   〔7〕
　　在式〔7〕中，假设令m=m1+m2表示运动物体系统的总质量，F=m2g表示物体系统在运动方向所受的合外力，则式〔7〕即为式〔5〕F=ma。根据式〔7〕，验证牛顿第二定律可分为以下两步来完成。
　　〔1〕当系统总质量m保持不变时，加速度a应与合外力F成正比，比值为常数，即
　　　　　　　　                                   〔8〕
　　实验时，在保持总质量m不变的情况下，改变合外力Fi=m2ig，即逐次改变砝码盘中砝码的质量，测出系统相应的加速度ai。如果在实验误差允许的范围内式〔9〕成立，
　　　　　　　　                 〔9〕
　　则验证了m不变的情况下，a与F成正比。还可以利用上述a和F数据作a～F关系图，假设为直线，则可验证式〔8〕，即a与F成正比。
　　〔2〕当保持系统所受合外力F=m2g不变时，加速度a的大小应与系统的总质量m=m1+m2成反比，即
　　　　　　　　                                   〔10〕
　　同样，实验时保持合外力F=m2g不变，改变系统总质量mi=m1i+m2，即逐次向滑块增加不同重量的质量块，测出系统相应的加速度ai。如果在实验误差允许的范围内式〔11〕成立，
　　　　　　　　          〔11〕
　　则验证了F不变的情况下，a与m成反比。还可以利用上述a和m数据作a～关系图，假设为直线，则可验证式〔10〕，即a与m成反比。
　　如果式〔8〕和式〔10〕均被验证，则式〔7〕即式〔5〕得到验证，也就是说，验证了牛顿第二定律。
4．判定实验与理论是否相符
　　根据实验数据，计算加速度a实验值的不确定度和理论值的不确定度，如果式〔12〕成立，
　　　　　　　　                           〔12〕
　　则说明实验验证了理论；否则，实验不能验证理论，应查出原因。式〔12〕中的