【教案】大学物理实验教案(在气垫导轨上测定物体的速度和加速度并验证牛顿第二定律)

2.测定滑块运动的速度和加速度。

3.验证牛顿第二定律。

   要测定物体的速度大小，只需测出通过已知距离△X所需的时间△t即可。本实验是在气垫导轨的滑块上安装一个开口遮光片，使滑块在导轨上运动，并进入设在气轨上某位置的光电门。当开口遮光片的前缘遮蔽光敏管时测时器开始计数，当开口遮光片的后缘再遮蔽光敏管时，测时器停止计数。如图所示，测时器上显示的数字即为开口遮光片移动△X=距离的时间，由此可算出滑块通过光电门的平均速度大小，其中为遮光框总宽度，为遮光框后半部分的宽度。

当△t很小时，近似等于滑块通过光电门所在点的瞬时速度大小。

2．加速度大小的测定

若滑块受一恒力作用，则它将作匀加速运动，在气轨上 S1和S2位置各放置一个光电门。根据上述测定速度大小的方法，分别测出滑块通过两光电门位置时的速度大小V1和V2，那么滑块的加速度大小a为：

                     (3-1)

3．验证牛顿第二定律

气轨调平后，用一系有砝码盘的涤纶带跨过气垫轴承连接在滑块上，如图所示，若滑块的质量为m1，砝码连同盘的质量为m2，涤纶带张力为

T，则有：

解得：                            (3-2)   

令         

上式化为                                  (3-3)

(3-3)式就是牛顿第二定律的表达式，式中加速度a的大小可由(3-1)式计算求得。要验证牛顿第二定律可分为两步：

(1)合外力一定时，物体运动的加速度大小a与系统质量成反比。

(2)系统质量一定时，合外力与物体运动的加速度大小a成正比，且

…… = 常量。

2.计时器功能的理解与选择。

3.注意砝码盘与滑块的连接，涤纶带长度的调节。

4.光电门与遮光片相对位置的调整，以便遮光片顺利通过光电门并正确计数。

提要

2. 滑块速度的测定。

3.滑块加速度的计算。

4.牛顿第二定律的验证。

测量与数据处理要求 

2.滑块质量和加重片质量由托盘天平测出（读到0.1克）。

3.计时器读到0.001ms。

4.数据处理严格按有效数字运算法则进行。结果的验证根据自己的测量数据进行分析。

2.如何鉴别气垫导轨已经调平?

《大学物理实验指导》—— 丁道滢 陈之前主编

《物理实验教程》——丁慎训 张连芳主编

《大学物理实验》—— 霍剑青 吴泳华等主编

预习（40分）：

      目的2分  仪器名称规格2分  实验原理24分（其中图8分，公式及叙述16分）填空12分（每空2分）

操作（60分）：气轨水平调节10分

              测量30分（定位5分，游标卡尺读数5分，滑块、砝码盘和加重片质量5分，配件的装配5分，滑块运行起点和初速度10分）

原始数据20分：（准确度10分，有效数字10分）

报告评分：（总分100分）

          表格76分（每空4分，有效数字错扣一半）

          验证结果14分（未结合测量数据描述，扣5分）。

          原始数据，撰写规范性等10分