大学物理实验报告-速度、加速度的测定和牛顿运动定律的验证

（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～若为直线，则可验证式（10），即a与m成反比。 关系图， 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。 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 四、实验内容 1、调节气垫导轨和光电计时系统 （1）气垫导轨的水平调节 导轨水平状态的调整是正确使用气垫导轨的重要内容，许多测量都需要先将导轨调整到水平状态。由于导轨较长，用一般的水平仪测量有困难，实验中常采用观察滑块的运动情况来判断导轨是否水平。调整气垫导轨水平有一定的难度，需要耐心地反复调整，常用的调整方法有下列两种。 （1）静态粗调 导轨通气后，滑块放置在导轨上的实验段内，调整用于水平调节的底脚螺丝（图2中的“9”），直到滑块保持不动，或稍有滑动，但不总是向一个方向滑动，则可认为导轨基本调平。 （2）动态细调 先使滑块以中等速度平稳地从左端向右端运动，分别记录先后通过两个光电门的时间间隔和，仔细调节底脚螺丝，使和十分接近。当导轨完全水平时，由于滑比稍长一些，一般应在第三位读块与导轨间的粘滞阻力和滑块周围的空气阻力，使数以下才有差别。再使滑块以同样速度从右端向左端运动，分别记录先后通过两个光电门的时间间隔和，和也应十分接近。这时可认为导轨调平。 （2）调节光电计时系统 将气垫导轨上的两个光电门引线接入MUJ电脑式数字毫秒计后面板的P1及 P2插口上，打开MUJ电脑式数字毫秒计电源开关。将气垫导轨气源接通，用适当的力推动滑块一下，使它依次通过两个光电门，看MUJ-613电脑式数字毫秒计是否能正常记录时间，若不正常请检查挡光杆是否挡光及检查光电管照明是否充分。 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。