气垫导轨验证牛顿第二定律介绍.pdf

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 17 世纪最伟大的科学巨匠。在物理学上，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。 实验目的 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。 实验仪器 气垫导轨、气源、滑块、砝码、电脑通用计数器 实验原理 验证性实验是在已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、方法在误差范围内的一致。由 于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之差超出了实验 误差的范围，因此验证性实验是属于难度很大的一类实验，要求具备较高的实验 条件和实验水平。本实验通过直接测量牛顿第二定律所涉及的各物理量的值，并 研究它们之间的定量关系，进行直接验证。 1．速度的测量 悬浮在水平气垫导轨上的滑块，当它所受合外力为零时，滑块将在导轨上静 止或作匀速直线运动。在滑块上装两个挡光杆，当滑块通过某一个光电门时，第 一个挡光杆挡住照在光电管上的光，计数器开始计时，当另一个挡光杆再次挡光 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Δt 。 如果两个挡光杆轴线之间的距离为ΔL，可以计算出滑块通过光电门的平均 速度 为： v L v （1） t 由于ΔL 比较小（1cm 左右），在ΔL 范围内滑块的速度变化很小，所以可把 看 v 做滑块经过光电门的瞬时速度。 2．加速度的测量 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 （做匀加速直线运动）依次通过这两个光电门，计数器可以显示出滑块分别通过 这两个光电门的时间Δt 、Δt 及通过两光电门的时间间隔Δt。滑块滑过第一 1 2 L L 个光电门的初速度为v = ，滑块滑过第二个光电门的末速度为v = ，则滑 1 2 t t 1 2 块的加速度为： 2 2 v v v v 2 1 2 1 a 或 a （2） t 2S 3．验证牛顿第二定律