《大学物理(一)》实验报告

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大学物理实验报告(通用10篇)

大学物理实验报告(通用10篇)

大学物理实验报告(通用10篇)大学物理实验报告(通用10篇)在当下这个社会中,我们使用报告的情况越来越多,报告具有语言陈述性的特点。

你所见过的报告是什么样的呢?以下是小编精心整理的大学物理实验报告,仅供参考,希望能够帮助到大家。

大学物理实验报告1一、演示目的气体放电存在多种形式,如电晕放电、电弧放电和火花放电等,通过此演示实验观察火花放电的发生过程及条件。

二、原理首先让尖端电极和球型电极与平板电极的距离相等。

尖端电极放电,而球型电极未放电。

这是由于电荷在导体上的分布与导体的曲率半径有关。

导体上曲率半径越小的地方电荷积聚越多(尖端电极处),两极之间的电场越强,空气层被击穿。

反之越少(球型电极处),两极之间的电场越弱,空气层未被击穿。

当尖端电极与平板电极之间的距离大于球型电极与平板电极之间的距离时,其间的电场较弱,不能击穿空气层。

而此时球型电极与平板电极之间的距离最近,放电只能在此处发生。

三、装置一个尖端电极和一个球型电极及平板电极。

四、现象演示让尖端电极和球型电极与平板电极的距离相等。

尖端电极放电,而球型电极未放电。

接着让尖端电极与平板电极之间的距离大于球型电极与平板电极之间的距离,放电在球型电极与平板电极之间发生五、讨论与思考雷电暴风雨时,最好不要在空旷平坦的田野上行走。

为什么?大学物理实验报告2实验报告一.预习报告1.简要原理2.注意事项二.实验目的三.实验器材四.实验原理五.实验内容、步骤六.实验数据记录与处理七.实验结果分析以及实验心得八.原始数据记录栏(最后一页)把实验的目的、方法、过程、结果等记录下来,经过整理,写成的书面汇报,就叫实验报告。

实验报告的种类因科学实验的对象而异。

如化学实验的报告叫化学实验报告,物理实验的报告就叫物理实验报告。

随着科学事业的日益发展,实验的种类、项目等日见繁多,但其格式大同小异,比较固定。

实验报告必须在科学实验的基础上进行。

它主要的用途在于帮助实验者不断地积累研究资料,总结研究成果。

《大学物理(一)》2014秋实验报告验证牛顿第二定律――气垫导轨实验(一)

《大学物理(一)》2014秋实验报告验证牛顿第二定律――气垫导轨实验(一)

《大学物理(一)》2014秋实验报告验证牛顿第二定律――气垫导轨实验(一).doc实验名称:验证牛顿第二定律——气垫导轨实验(一)实验目的:验证牛顿第二定律,了解气垫导轨的使用和原理。

实验器材:气垫导轨、气垫平台、小车、光门、计时器、电子天平、直尺等。

实验原理:牛顿第二定律:物体所受合力等于其质量与加速度的乘积,即F=ma。

气垫导轨:利用气垫技术实现小车在导轨上的滑动。

由于气垫产生的气垫力,平衡了小车的重力,使其很容易平滑地在导轨上移动。

实验步骤:1. 在气垫平台上安装气垫导轨,将导轨调整至水平状态。

2. 将小车放置在导轨上,并使用金属卡夹将两个轮子夹紧。

3. 使用直尺测量小车的质量m,并将其记录在实验记录本上。

4. 首先测量小车在静止状态下的重力G,即将小车放在气垫导轨上,放置好后记录其重量。

5. 用气泵将气垫导轨下面的气注满气,使气垫导轨处于气垫状态。

6. 开始对小车进行加速度的测量。

首先将小车推到一个适合的初始位置,在小车经过光门之前将其停住,然后用电子天平测出在小车上加上一定的质量后总重力G1。

记录G1的值。

7. 在小车通过光门后立即按下计时器的启动键,记录下小车通过光门时刻t1。

8. 将小车加上一定的重物,再重复步骤6和步骤7。

9. 再将小车加上重物,重复步骤6和步骤7。

10. 根据公式a=(Gn-G)/m计算小车加速度,其中n代表每次增加质量之后的编号。

11. 记录实验数据并进行处理、分析。

实验数据记录:测量物品:小车小车质量m=0.150kg静止状态下小车重力G=1.47N实验数据处理:计算小车+重物的重力G1、G2、G3:G1=(m+0.1kg)g=1.57NG2=(m+0.2kg)g=1.67NG3=(m+0.3kg)g=1.77N计算小车+重物的加速度a1、a2、a3:a1=(G1-G)/m=0.14m/s^2a2=(G2-G)/m=0.16m/s^2a3=(G3-G)/m=0.18m/s^2实验结论:根据实验数据的处理结果可得出,加速度与施加的力成正比,与物体质量成反比,符合牛顿第二定律的表述F=ma。

大学物理实验声速测量实验报告(一)

大学物理实验声速测量实验报告(一)

大学物理实验声速测量实验报告(一)大学物理实验声速测量实验报告一、实验目的通过声速测量实验,掌握声波的基本特性以及实验方法,学习如何用简单的实验手段对声速进行测量,并且了解声速的应用。

二、实验所需器材1. 示波器2. 函数信号发生器3. 线性电路4. 单色光源5.光栅分光仪 6. 毫米纸 7. 恒温水槽三、实验原理声音是一种机械波,它在均匀介质中的传播速度与介质的物理性质有关。

此次实验采用的是共振法测量声速,其基本原理如下:将发声器放入实验管中,在一定频率下,管内空气可以出现共振现象,在此频率下,声波在管内的传播速度等于管内空气共振波长乘以频率。

因此,声速可以通过实验测量所得的频率和波长计算得出。

四、实验步骤1. 在恒温水槽中制备温度为20℃的水,用毫米纸测量实验管的长度和内直径。

2. 将水槽和实验管放置于振动无穷远物的正对着示波器处,示波器与函数信号发生器通过线性电路连接。

3. 调节函数信号发生器使其发生频率稳定在1kHz左右,此时开启示波器,调节其放大倍数至合适。

4. 开启函数信号发生器,调节频率,直到示波器上出现一个频率对应的谐波振动。

此时记录下频率。

5. 毫米纸上标出实验管的坐标,使振动气柱一端在标出的坐标处。

6. 通过不断调节频率和气柱长度,直到再次出现共振波长时,记录下新的频率和气柱长度并计算出波长。

7. 计算声速,除以空气的密度20°C下为1.293kg/m^3,求得在该环境下的声速。

五、实验结果和分析通过实验可以得到,当频率为1kHz时,声波经过实验管之后,出现了谐波振动。

另外,在不断调节频率和气柱长度的过程中,也成功测得了共振时的频率和波长,从而计算得到声速为343.4m/s。

这与理论值基本一致,误差在可接受范围内。

六、实验总结通过本次实验,我们学会了桥式共振测量法的原理、方法和意义,并且初步掌握了共振法测量声速的实验方法。

通过实验,我们还发现共振现象在现实生活中有着广泛的应用,例如由于声波在水中传播较快,因此潜水员可以通过声音确定水中物体的位置等。

大学物理一实验报告

大学物理一实验报告

大学物理(一)实验报告目录实验1刚体转动的研究实验报告................................................ (1)实验2惠斯通电桥测电阻实验报告............................................. (6)实验3三线摆测刚体转动实验报告 (11)实验4密立根油滴法测定电子电荷实验报告 (18)实验5静电场测绘实验报告 (23)实验6阴极射线示波器实验预习报告 (28)实验7测定钢丝的杨氏弹性模量实验报告............ . (29)实验8电位差计测电动势实验报告 (34)实验9导轨上的一维运动实验报告 (40)实验10 测定液体变温粘滞系数实验报告 (47)刚体转动的研究实验预习报告班级组姓名学号年月日同组人实验台号教师签字[实验原理](实验示意图、主要计算公式等)图1实验示意图解释下列概念或定律:1.刚体2.刚体的转动惯量3. 力矩4.刚体的转动定律5.视差[实验步骤](简要列出实验主要操作步骤)[数据表格]下落高度:h1= (m);h2= (m);h= (m) [注意事项]刚体转动的研究实验报告班级组姓名学号实验成绩年月日同组人实验台号教师签字[实验目的][实验仪器](规格、型号、精度)[实验原理](简述)[数据表格](要求计算刚体的转动惯量和摩擦力矩,并作图)表1测量原始数据表砝码下落高度:h 1= (m); h 2= (m); h = (m) 图121t r与r 关系图(在直角坐标纸上做图)[数据处理][实验结果][分析讨论]1、实验中为何使用25克左右的砝码而不使用比25克大得多或小得多的砝码?2、怎样用最小二乘法拟合实验数据?惠斯通电桥测电阻实验预习报告班级组姓名学号年月日同组人实验台号教师签字[实验原理](简述)图1实验电路原理图[实验步骤](简要列出实验主要操作步骤)1、自组电桥2、箱式电桥[数据表格]1、自组电桥电阻单位:2、箱式电桥电阻单位:[注意事项]箱式电桥倍率与不确定度计算表:惠 斯 通 电 桥 测 电 阻 实 验 报 告班级 组 姓 名 学号 实验成绩 年 月 日 同组人 实验台号 教师签字 [实验目的][实验原理][实验仪器](规格、型号、精度)[数据表格]1、 自组电桥(要求:分别计算a R 和b R 的均值,不确定度和相对不确定度,写出计算过程)电阻单位:2、箱式电桥(要求:将表格填写完整,写出a R 和b R 的不确定度的计算过程) 电阻单位:[[结果表达][分析讨论]1、当惠斯通电桥达到平衡后,若交换电源和检流计位置,电桥是否仍保持平衡?2、什么是电桥灵敏度?如何测定灵敏度引入的误差?三线摆法测刚体转动惯量实验预习报告班级组姓名学号年月日同组人实验台号教师签字[实验原理](简述)[实验步骤](简述)[数据表格]表1.圆盘转动惯量测试数据记录表表2. 圆环转动惯量测试数据记录表三线摆转动惯量的理论公式:J盘J环三线摆转动惯量的实验公式:J盘J环[注意事项]三线摆法测刚体转动惯量实验报告班级组姓名学号实验成绩年月日同组人实验台号教师签字[实验目的][实验仪器][实验原理]图1.三线摆法测刚体转动惯量原理图[数据表格]表1.圆盘转动惯量测试数据记录表表2.圆环转动惯量测试数据记录表[数据处理]1.转动惯量的计算三线摆转动惯量的理论计算:J盘J环三线摆转动惯量的实验计算:J盘J环2.各直接测量量的不确定度的计算3.盘的不确定度的计算4.环的不确定度的计算5.转动惯量的理论值与实验值的百分比比较[结果表达] [分析讨论]密立根油滴法测定单电子电荷实验预习报告班级组姓名学号年月日同组人实验台号教师签字[实验原理](简述)[实验步骤](简述)[数据表格][注意事项]密立根油滴法测定单电子电荷实验报告班级组姓名学号实验成绩年月日同组人实验台号教师签字[实验目的][实验仪器][实验原理](简述)图1.密立根油滴法测定单电子电荷原理图[数据表格][数据处理] t(s)的计算q(c)的计算e(c)的计算不确定度的计算1.2.3.e与单电子电量e0的比较[结果表达][分析讨论]静电场测绘实验预习报告班级组姓名学号年月日同组人实验台号教师签字[实验原理](简述)[实验步骤](简述)[数据表格] 2a= cm;2b=cm[静电场测绘实验报告班级组姓名学号实验成绩年月日同组人实验台号教师签字[实验目的][实验仪器][实验原理](用稳恒电流的电场模拟静电场的依据):[实验数据]a= cm;b= cm实验所得的等位线图:(在此处粘贴等位线图)ln a = ;ln b = ;用坐标纸作图。

《大学物理(一)》实验报告(速度、加速度的测定和牛顿运动定律的验证)

《大学物理(一)》实验报告(速度、加速度的测定和牛顿运动定律的验证)

中国石油大学(华东)现代远程教育实验报告课程名称:大学物理(一)实验名称:速度、加速度的测定和牛顿运动定律的验证实验形式:在线模拟+现场实践提交形式:在线提交实验报告学生:学号: 184********** 年级专业层次:学习中心:明仁学习中心提交时间: 2019 年月日一、实验目的1.了解气垫导轨的构造和性能,熟悉气垫导轨的调节和使用方法。

2.了解光电计时系统的基本工作原理,学会用光电计时系统测量短暂时间的方法。

3.掌握在气垫导轨上测定速度、加速度的原理和方法。

4.从实验上验证F=ma的关系式,加深对牛顿第二定律的理解。

5.掌握验证物理规律的基本实验方法。

二、实验原理1.速度的测量一个作直线运动的物体,如果在t~t+Δt时间通过的位移为Δx(x~x+Δx),则该物体在Δt时间的平均速度为,Δt越小,平均速度就越接近于t时刻的实际速度。

当Δt→0时,平均速度的极限值就是t时刻(或x位置)的瞬时速度(1)实际测量中,计时装置不可能记下Δt→0的时间来,因而直接用式(1)测量某点的速度就难以实现。

但在一定误差围,只要取很小的位移Δx,测量对应时间间隔Δt,就可以用平均速度近似代替t时刻到达x点的瞬时速度。

本实验中取Δx为定值(约10mm),用光电计时系统测出通过Δx所需的极短时间Δt,较好地解决了瞬时速度的测量问题。

2.加速度的测量在气垫导轨上相距一定距离S的两个位置处各放置一个光电门,分别测出滑块经过这两个位置时的速度v1和v2。

对于匀加速直线运动问题,通过加速度、速度、位移及运动时间之间的关系,就可以实现加速度a的测量。

(1)由测量加速度在气垫导轨上滑块运动经过相隔一定距离的两个光电门时的速度分别为v1和v2,经过两个光电门之间的时间为t21,则加速度a为(2)根据式(2)即可计算出滑块的加速度。

(2)由测量加速度设v1和v2为滑块经过两个光电门的速度,S是两个光电门之间距离,则加速度a为(3)根据式(3)也可以计算出作匀加速直线运动滑块的加速度。

大学物理实验A1三线摆和扭摆实验报告

大学物理实验A1三线摆和扭摆实验报告

清华大学三线摆和扭摆试验物理实验完整报告班级姓名学号结稿日期:三线摆和扭摆实验一、实验目的1. 加深对转动惯量概念和平行轴定理等的理解;2. 了解用三线摆和扭摆测量转动惯量的原理和方法;3. 学习电子天平、游标高度尺和多功能数字测量仪等仪器的使用,掌握测量质量和周期等量的测量方法。

二、实验装置和原理1.三线摆:如图一,上、下圆盘均处于水平,悬挂在横梁上。

横梁由立柱和底座支承着,三根对称分布的等长悬线将两个圆盘相连。

上圆盘可以固定不动。

拧动旋钮就可以使得下圆盘绕中心轴OO ’作扭摆运动。

当下圆盘的摆角很小且忽略空气阻力和悬线扭力影响时,可推出下圆盘绕中心轴OO ’的转动惯量为:200024m gRr J T Hπ=其中,0m 是下圆盘质量,g 取29.80m s -,r 为上圆盘半径,R 为下圆盘半径,H 为平衡时上下圆盘的垂直距离,0T 为下圆盘摆动周期。

图1 三线摆示意图将质量为m 的待测刚体放在下圆盘上,并使它的质心位于中心轴OO ’上,测出此时的摆动周期T 和上下圆盘之间的垂直距离1H ,则待测刚体和下圆盘对于中心轴OO ’的总转动惯量1J 为:()021214m m gRr J T H π+=且待测刚体对于中心轴OO ’的转动惯量10J J J =-。

利用三线摆可以验证平行轴定理。

平行轴定理指出:如果一个刚体对于通过质心的某一转轴的转动惯量为c J ,则这个刚体对平行于该轴且相距为d 的另一转轴的转动惯量为:2x c J J md =+式中,m 为刚体的质量。

图2 三个孔均匀分布在本实验中,将三个等大的钢球对称分布在下圆盘的三个均匀分布的孔(如图2)上,测出三个球对于中心轴OO ’的转动惯量x J 。

如果测得的x J 的值与由2x c J J md =+右式计算得到的结果比较相对误差在测量允许的范围内()005≤,则平行轴定理得到验证。

本实验中,用于测量基本物理量的仪器还有:电子天平,游标高度尺,配有光电接收装置的多功能数字测量仪。

大学物理实验A1弹性模量的测量实验报告

大学物理实验A1弹性模量的测量实验报告

清华大学测量弹性模量试验物理实验完整报告班级姓名学号结稿日期:弹性模量的测量实验报告一.拉伸法测弹性模量1 •实验LI 的(1) ・学习用拉伸法测量弹性模量的方法; (2) •掌握螺旋测微计和读数显微镜的使用。

2. 实验原理(1)弹性模量及其测量方法对于长度为L 、截面积为S 的均匀的金属丝,将外力F 作用于它的长度方向, 设金属丝伸长量为5 Lo 定义单位横截面上的垂直于横截面的作用力F/S 为正应 力,而金属丝的相对伸长量各L/L 为线应变。

根据胡克定律,在弹性形变范围内,正应力与线应变成正比,表达式为:F … 5L s = E -式中比例系数E = 称作材料的弹性模量,与材料本身的性质有关。

在本实验中,设钢丝的直径为D,则钢丝的弹性模量可进一步表示为:4 FL irD 2§ L公式(2)即为本实验的计算公式。

在实验中,我们将钢丝悬挂于支架上,固定一端,在另一端加誌码,钢丝所 受到的沿长度方向的力F 山舷码的重力F=mg 表示。

用读数显微镜可以测岀钢丝 相应地伸长量5L (微小量)。

此外,钢丝长度L 用钢尺测量(本实验中钢丝长度 数据已给岀),钢丝直径用螺旋测微讣测量。

3. 实验仪器竖直金属支架,读数显微镜,支架底座,螺旋测微讣。

4. 实验步骤(1) 调整钢丝竖直。

钢丝下端应先挂硅码钩,用以拉直钢丝。

调节底座螺钉,使 得底座水平,保持钢丝以及下端夹具不与周圉碰蹭。

(2) 调节读数显微镜。

首先粗调显微镜高度,使得显微镜与标记线(细铜丝)同 高。

然后进行细调,先调节LI 镜看到义丝清晰的像,再前后移动镜筒看清标记线, 使标记线的像与义丝无视差。

⑶测量:测量钢丝长度L 及其伸长量§ L 。

先读出无耘码,仅有耘码钩(质量为 0. 200kg )时标记线的位置(反映在鼓轮上),然后在琏码钩上每加一个碓码(质 量均为0. 200kg ),(1)(2)读下一个位置yi。

先从无舷码逐步增加到九个琏码,增加完毕后,消除空程影响后,再依次递减到无祛码,乂得一组数据。

大学物理实验报告书(共6篇)

大学物理实验报告书(共6篇)

篇一:大学物理实验报告1图片已关闭显示,点此查看学生实验报告学院:软件与通信工程学院课程名称:大学物理实验专业班级:通信工程111班姓名:陈益迪学号:0113489学生实验报告图片已关闭显示,点此查看一、实验综述1、实验目的及要求1.了解游标卡尺、螺旋测微器的构造,掌握它们的原理,正确读数和使用方法。

2.学会直接测量、间接测量的不确定度的计算与数据处理。

3.学会物理天平的使用。

4.掌握测定固体密度的方法。

2 、实验仪器、设备或软件1 50分度游标卡尺准确度=0.02mm 最大误差限△仪=±0.02mm2 螺旋测微器准确度=0.01mm 最大误差△仪=±0.005mm 修正值=0.018mm3 物理天平 tw-0.5 t天平感度0.02g 最大称量 500g △仪=±0.02g 估读到 0.01g二、实验过程(实验步骤、记录、数据、分析)1、实验内容与步骤1、用游标卡尺测量圆环体的内外径直径和高各6次;2、用螺旋测微器测钢线的直径7次;3、用液体静力称衡法测石蜡的密度;2、实验数据记录表(1)测圆环体体积图片已关闭显示,点此查看(2)测钢丝直径仪器名称:螺旋测微器(千分尺)准确度=0.01mm估读到0.001mm图片已关闭显示,点此查看图片已关闭显示,点此查看测石蜡的密度仪器名称:物理天平tw—0.5天平感量: 0.02 g 最大称量500 g3、数据处理、分析(1)、计算圆环体的体积1直接量外径d的a类不确定度sd ,sd=○sd=0.0161mm=0.02mm2直接量外径d的b类不确定度u○d.ud,=ud=0.0155mm=0.02mm3直接量外径d的合成不确定度σσ○σd=0.0223mm=0.2mm4直接量外径d科学测量结果○d=(21.19±0.02)mmd=5直接量内径d的a类不确定度s○sd=0.0045mm=0.005mmd。

ds=6直接量内径d的b类不确定度u○dud=ud=0.0155mm=0.02mm7直接量内径d的合成不确定度σi σ○σd=0.0160mm=0.02mm8直接量内径d的科学测量结果○d=(16.09±0.02)mm9直接量高h的a类不确定度s○sh=0.0086mm=0.009mmd=h hs=10直接量高h的b类不确定度u○h duh=0.0155mm=0.02mm11直接量高h的合成不确定度σ○σh=0.0177mm=0.02mm 12直接量高h的科学测量结果○h=(7.27±0.02)mmhσh=13间接量体积v的平均值:v=πh(d-d)/4 ○22v =1277.8mm14 间接量体积v的全微分:dv=○3? (d2-d2)4dh+dh?dh?dd- dd 22再用“方和根”的形式推导间接量v的不确定度传递公式(参考公式1-2-16) 222?v?(0.25?(d2?d2)?h)?(0.5dh??d)?(0.5dh??d)计算间接量体积v的不确定度σ3σv=0.7mmv15写出圆环体体积v的科学测量结果○v=(1277.8±0.7) mm2、计算钢丝直径(1)7次测量钢丝直径d的a类不确定度sd ,sd=sdsd =0.0079mm=0.008mm3(2)钢丝直径d的b类不确定度ud ,ud=udud=0.0029mm=0.003mm(3)钢丝直径d的合成不确定度σ。

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中国石油大学(华东)现代远程教育
实验报告
课程名称:大学物理(一)
实验名称:速度、加速度的测定和牛顿运动定律的验证
实验形式:在线模拟+现场实践
提交形式:在线提交实验报告
学生姓名:学号:
年级专业层次:
学习中心:
提交时间:2020 年04月05 日
一、实验目的
1.了解气垫导轨的构造和性能,熟悉气垫导轨的调节和使用方法。

2.了解光电计时系统的基本工作原理,学会用光电计时系统测量短暂时间的方法。

3.掌握在气垫导轨上测定速度、加速度的原理和方法。

4.从实验上验证F=ma的关系式,加深对牛顿第二定律的理解。

5.掌握验证物理规律的基本实验方法。

二、实验原理
1.速度的测量
一个作直线运动的物体,如果在t~t+Δt时间内通过的位移为Δx(x~x+Δx),则该物体在Δt时间内的平均速度为,Δt越小,平均速度就越接近于t时刻的实际速度。

当Δt→0时,平均速度的极限值就是t时刻(或x位置)的瞬时速度
(1)
实际测量中,计时装置不可能记下Δt→0的时间来,因而直接用式(1)测量某点的速度就难以实现。

但在一定误差范围内,只要取很小的位移Δx,测量对应时间间隔Δt,就可以用平均速度近似代替t时刻到达x点的瞬时速度。

本实验中取Δx为定值(约10mm),用光电计时系统测出通过Δx所需的极短时间Δt,较好地解决了瞬时速度的测量问题。

2.加速度的测量
在气垫导轨上相距一定距离S的两个位置处各放置一个光电门,分别测出滑块经过这两个位置时的速度v1和v2。

对于匀加速直线运动问题,通过加速度、速度、位移及运动时间之间的关系,就可以实现加速度a的测量。

(1)由测量加速度
在气垫导轨上滑块运动经过相隔一定距离的两个光电门时的速度分别为v1和v2,经过两个光电门之间的时间为t21,则加速度a为
(2)
根据式(2)即可计算出滑块的加速度。

(2)由测量加速度
设v1和v2为滑块经过两个光电门的速度,S是两个光电门之间距离,则加速度a为
(3)
根据式(3)也可以计算出作匀加速直线运动滑块的加速度。

(3)由测量加速度
还可以根据匀加速直线运动加速度a、位移S(S=x-x0)及运动时间t之间的关系式
测量加速度。

据此计算加速度有多种方法,其中一种方法是根据式(4)由作图法求出加速度。

(4)
实验时固定初位置x0(光电门1的位置),改变不同的末位置x(光电门2的位置),使物体(滑块)从静止开始运动,测出相应的运动时间t,作关系图线。

如果是直
线,说明物体作匀加速运动,直线的斜率为。

以上介绍了3种测量加速度a的方法。

具体测量时先把气垫导轨调水平,再使滑块在水平方向受到一恒力的作用,那么滑块的运动就是匀加速直线运动;也可先把气垫导轨调水平,然后将其一端垫高h高度,使气垫导轨倾斜,滑块在倾角为θ的导轨上面下滑,其运动也是匀加速直线运动。

3.验证牛顿第二定律
牛顿第二定律所描述的内容,就是一个物体的加速度与其所受合外力成正比,与其本身质量成反比,且加速度的方向与合外力方向相同。

数学表述为
F=ma (5)
为了研究牛顿第二定律,考虑如图1所示一个运动物体系统,系统由(滑块)和(砝码)两个物体组成,忽略空气阻力及气垫对滑块的粘滞力,不计滑轮和细线的质量等。

图1验证牛顿第二定律
调节气垫导轨水平后,将一定质量的砝码盘通过一细线经气垫导轨的滑轮与滑块相连。

设滑块部分的质量为,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,若令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,若为直线,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,若为直线,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
就是允许的实验最大误差可能范围。

三、实验器材
气垫导轨、光电计时系统、滑块、砝码、质量块(铁块)等。

1(调节气垫导轨和光电计时系统
调整气垫导轨水平,达到细调水平要求,即滑块往返一次。

调整光电计时系统处于正常工作状态。

具体调节方法请参阅附录一和附录二。

2(验证物体系统总质量不变时加速度与合外力成正比
保证物体系统总质量不变,逐步增加砝码盘中砝码的质量,改变外力5次。

每一外力下分别记录滑块经过两个光电门的时间和,重复测量6次。

3(验证物体系统所受合外力不变时加速度与总质量成反比
保持砝码盘部分的质量不变,即合外力不变,在滑块上逐步增加质量块,改变物体系统总质量5次。

每一总质量下分别记录滑块经过两个光电门的时间和,重复测量6次。

2.根据气垫导轨水平调节数据,判断导轨是否水平,分析原因。

3.每一合外力和每一总质量情况下,分别计算加速度的理论值、实验值和相对百分误差,分析实验结果,判断是否验证了式(8)和式(10)。

4.作图法判断理论与实验是否相符。

用直角坐标纸或计算机分别作和关系图线,判断实验。

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