大学物理实验报告范例(验证牛顿第二定律)
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怀化学院
大 学 物 理 实 验 实验报告
系别 数学系 年级 2010 专业 信息与计算 班级 10 信计 3 班 姓名 张 三 学号 10094030** 组别 1 实验日期 2011-4-10
实验项目: 验证牛顿第二定律
【实验题目】验证牛顿第二定律 【实验目的】
1. 了解气垫技术的原理，掌握气垫导轨和计时计测速仪的使用方法。 2. 掌握测速仪测速度、加速度方法。 3. 验证牛顿第二定律。
【实验仪器】(应记录具体型号规格等，进实验室后按实填写) 汽垫导轨（含气源等附件）、MUJ-5B 型计时计数测速仪、电子天平
Biblioteka Baidu
【实验原理】(在理解基础上，简明扼要表述原理，主要公式、重要原理图) 1、速度测量 挡光片宽度Δs 已知，用计时测速仪测出挡光片通过光电门时的挡光时间Δt,
即可测出平均速度，因Δs 很小，该平均速度近似为挡光片通过光电门时的瞬时速度， 即：
2.练习测量速度。 计时测速仪功能设在“计时 2”，让滑块在汽垫上以一定的速度通过两个光电门， 练习测量速度。 3.练习测量加速度 计时测速仪功能设在“加速度”，在砝码盘上依次加砝码，拖动滑块在汽垫上 作匀加速运动，练习测量加速度。 4.验证牛顿第二定律 （1）验证质量不变时，加速度与合外力成正比。 用电子天平称出滑块质量 m滑块 ，测速仪功能选“加速度”， 按上图所示放置滑 块，并在滑块上加 4 个砝码(每个砝码及砝码盘质量均为 5g)，将滑块移至远离滑轮 一端，使其从静止开始作匀加速运动，记录通过两个光电门之间的加速度。再将滑 块上的 4 个砝码分四次从滑块上移至砝码盘上，重复上述步骤。 （2）验证合外力不变时，加速度与质量成反比。 计时计数测速仪功能设定在“加速度”档。在砝码盘上放一个砝码（即 m2 10g ），测量滑块由静止作匀加速运动时的加速度。再将四个配重块(每个配重 块的质量均为 m′=50g)逐次加在滑块上，分别测量出对应的加速度。
表4 验证加速度与质量关系数据记录表 m2= 10 g , m滑块= 139.8 g ，m’= 50 g
M(g)
a (cm/s2)
m滑块m2
150
m滑块m2 m
200
m滑块m2 2m
250
m滑块m2 3m
300
m滑块m2 4m
350
62.37 47.57 38.64 31.53 27.29
a (cm/s2)
62.70 47.32 38.21 31.48 27.14
不变，改变 M m1 m2 (在滑块上增加配重)，即可验证合外力不变时，加速度与质 量的关系。
【实验内容与步骤】(实验内容及主要操作步骤) 1.气垫导轨的水平调节 可用静态调平法或动态调平法，使汽垫导轨保持水平。静态调平法：将滑块在
汽垫上静止释放，调节导轨调平螺钉，使滑块保持不动或稍微左右摆动，而无定向 运动，即可认为导轨已调平。
在右图由 m1 、 m2 构成的系统中，在阻力忽略不计 时，有：
m2 g (m1 m2 )a
令 F m2 g ， M m1 m2 ，则有 F Ma
令 M m1 m2 不变，改变 F m2 g （将砝码依次从滑块上移到砝码盘上，即可
保证 F 增大，而 M 不变），即可验证质量不变时，加速度与合外力的关系；令 F m2 g
1
2
3
4
m滑块=_________g
表2 加速度测量练习数据记录表
次数 1
砝码及盘质量(g) 5
v1 (cm/s)
v2 (cm/s)
2
10
3
15
5
a (cm/s2)
表3 验证加速度与合外力关系数据记录表 m滑块= 139.8 g， M=m滑块+5m0= 165 g
m2 (g)
a (cm/s2)
m0
5
【数据处理】 (数据不必在报告里再抄写一遍，要有主要的处理过程和计算公式， 要求用作图法处理的应附坐标纸作图或计算机打印的作图)
1、由数据记录表 3，可得到 a 与 F 的关系如下：
由上图可以看出，a 与 F 成线性关系，且直线近似过原点。 上图中直线斜率的倒数表示质量，M=1/0.0058=172 克，与实际值 M=165 克的相对 误差： 172 165 4.2%
lim 瞬时速度： v
s ds s
t0 t dt t
MUJ-5B 计时仪能直接计算并显示速度。
2、加速度测量
s
设置两个光电门，测出挡光片通过两个光电门的速 v1 、v2 度和挡光片在两光电 门间的运动时间 t，即可测出加速度 a。
a v2 v1 t
MUJ-5B 计时仪能直接计算并显示加速度。 3、牛顿第二定律验证
28.42
29.02
28.64
28.85
28.31
2m0
10
56.75
56.94
56.74
56.66
56.80
3m0
15
85.23
85.47
85.00
85.48
85.47
4m0
20
114.24
114.12
113.96
113.30
114.19
5m0
25
142.87
143.59
142.97
142.88
143.36
165 可以认为，质量不变时，在误差范围内加速度与合外力成正比。 2、由数据记录表 4，可得 a 与 M 的关系如下：
由上图可以看出，a 与 1/M 成线性关系，且直线近似过原点。
直线的斜率表示合外力，由上图可得：F=9342gcm/s2,实际合外力 F=10 克力 =10g*980cm/s2=9800gcm/s2，相对误差： 9800 9342 4.7%
9800 可以认为，合外力不变时，在误差范围内加速度与质量成反比。
【实验结论与分析】(每个实验报告应有明确的实验结论或结果，本实验为验证性实 验，应清楚表述实验的结论)
实验结论：根据数据处理结果，可以认为：在误差的范围内，实验与牛顿第二定 律相符，即加速度与合外力成正比，与质量成反比。
实验分析：实验误差主要来源于以下方面： 1. 导轨未完全调水平； 2. 空气阻力的影响，细线、滑轮运动阻力的影响； 3. 气流波动的影响； 4. 本地重力加速度近似取 980cm/s2。 5. 砝码的质量误差。 空气等各种阻力对实验的影响可能是主要的。因为空气阻力一般与速度的二次方 成正比，所以实验中拉力不能太大，否则加速度大，速度增加快，空气阻力增加也 快；但拉力也不能过小，否则很小的阻力也会产生较大的影响。
合作者： 无
对多人一组的，应注明合作者
怀化学院实验数据记录纸
实验名称：
验证牛顿第二定律
实验时间： 2011 年 * 月 * 日
___数学系__ _系 10 级 信计 专业 * 班
教师签名：
姓名 张 三 学号 100940****
数据记录：
v1 (cm / s) v2 (cm / s)
表 1 速度测量练习数据记录表
62.72 47.01 38.02 31.45 27.11
63.00 47.32 38.24 31.44 27.26
62.52 47.39 38.20 31.45 27.04
62.88 47.30 37.95 31.52 27.00
a (cm/s2)
28.65 56.78 85.33 113.96 143.13
大 学 物 理 实 验 实验报告
系别 数学系 年级 2010 专业 信息与计算 班级 10 信计 3 班 姓名 张 三 学号 10094030** 组别 1 实验日期 2011-4-10
实验项目: 验证牛顿第二定律
【实验题目】验证牛顿第二定律 【实验目的】
1. 了解气垫技术的原理，掌握气垫导轨和计时计测速仪的使用方法。 2. 掌握测速仪测速度、加速度方法。 3. 验证牛顿第二定律。
【实验仪器】(应记录具体型号规格等，进实验室后按实填写) 汽垫导轨（含气源等附件）、MUJ-5B 型计时计数测速仪、电子天平
Biblioteka Baidu
【实验原理】(在理解基础上，简明扼要表述原理，主要公式、重要原理图) 1、速度测量 挡光片宽度Δs 已知，用计时测速仪测出挡光片通过光电门时的挡光时间Δt,
即可测出平均速度，因Δs 很小，该平均速度近似为挡光片通过光电门时的瞬时速度， 即：
2.练习测量速度。 计时测速仪功能设在“计时 2”，让滑块在汽垫上以一定的速度通过两个光电门， 练习测量速度。 3.练习测量加速度 计时测速仪功能设在“加速度”，在砝码盘上依次加砝码，拖动滑块在汽垫上 作匀加速运动，练习测量加速度。 4.验证牛顿第二定律 （1）验证质量不变时，加速度与合外力成正比。 用电子天平称出滑块质量 m滑块 ，测速仪功能选“加速度”， 按上图所示放置滑 块，并在滑块上加 4 个砝码(每个砝码及砝码盘质量均为 5g)，将滑块移至远离滑轮 一端，使其从静止开始作匀加速运动，记录通过两个光电门之间的加速度。再将滑 块上的 4 个砝码分四次从滑块上移至砝码盘上，重复上述步骤。 （2）验证合外力不变时，加速度与质量成反比。 计时计数测速仪功能设定在“加速度”档。在砝码盘上放一个砝码（即 m2 10g ），测量滑块由静止作匀加速运动时的加速度。再将四个配重块(每个配重 块的质量均为 m′=50g)逐次加在滑块上，分别测量出对应的加速度。
表4 验证加速度与质量关系数据记录表 m2= 10 g , m滑块= 139.8 g ，m’= 50 g
M(g)
a (cm/s2)
m滑块m2
150
m滑块m2 m
200
m滑块m2 2m
250
m滑块m2 3m
300
m滑块m2 4m
350
62.37 47.57 38.64 31.53 27.29
a (cm/s2)
62.70 47.32 38.21 31.48 27.14
不变，改变 M m1 m2 (在滑块上增加配重)，即可验证合外力不变时，加速度与质 量的关系。
【实验内容与步骤】(实验内容及主要操作步骤) 1.气垫导轨的水平调节 可用静态调平法或动态调平法，使汽垫导轨保持水平。静态调平法：将滑块在
汽垫上静止释放，调节导轨调平螺钉，使滑块保持不动或稍微左右摆动，而无定向 运动，即可认为导轨已调平。
在右图由 m1 、 m2 构成的系统中，在阻力忽略不计 时，有：
m2 g (m1 m2 )a
令 F m2 g ， M m1 m2 ，则有 F Ma
令 M m1 m2 不变，改变 F m2 g （将砝码依次从滑块上移到砝码盘上，即可
保证 F 增大，而 M 不变），即可验证质量不变时，加速度与合外力的关系；令 F m2 g
1
2
3
4
m滑块=_________g
表2 加速度测量练习数据记录表
次数 1
砝码及盘质量(g) 5
v1 (cm/s)
v2 (cm/s)
2
10
3
15
5
a (cm/s2)
表3 验证加速度与合外力关系数据记录表 m滑块= 139.8 g， M=m滑块+5m0= 165 g
m2 (g)
a (cm/s2)
m0
5
【数据处理】 (数据不必在报告里再抄写一遍，要有主要的处理过程和计算公式， 要求用作图法处理的应附坐标纸作图或计算机打印的作图)
1、由数据记录表 3，可得到 a 与 F 的关系如下：
由上图可以看出，a 与 F 成线性关系，且直线近似过原点。 上图中直线斜率的倒数表示质量，M=1/0.0058=172 克，与实际值 M=165 克的相对 误差： 172 165 4.2%
lim 瞬时速度： v
s ds s
t0 t dt t
MUJ-5B 计时仪能直接计算并显示速度。
2、加速度测量
s
设置两个光电门，测出挡光片通过两个光电门的速 v1 、v2 度和挡光片在两光电 门间的运动时间 t，即可测出加速度 a。
a v2 v1 t
MUJ-5B 计时仪能直接计算并显示加速度。 3、牛顿第二定律验证
28.42
29.02
28.64
28.85
28.31
2m0
10
56.75
56.94
56.74
56.66
56.80
3m0
15
85.23
85.47
85.00
85.48
85.47
4m0
20
114.24
114.12
113.96
113.30
114.19
5m0
25
142.87
143.59
142.97
142.88
143.36
165 可以认为，质量不变时，在误差范围内加速度与合外力成正比。 2、由数据记录表 4，可得 a 与 M 的关系如下：
由上图可以看出，a 与 1/M 成线性关系，且直线近似过原点。
直线的斜率表示合外力，由上图可得：F=9342gcm/s2,实际合外力 F=10 克力 =10g*980cm/s2=9800gcm/s2，相对误差： 9800 9342 4.7%
9800 可以认为，合外力不变时，在误差范围内加速度与质量成反比。
【实验结论与分析】(每个实验报告应有明确的实验结论或结果，本实验为验证性实 验，应清楚表述实验的结论)
实验结论：根据数据处理结果，可以认为：在误差的范围内，实验与牛顿第二定 律相符，即加速度与合外力成正比，与质量成反比。
实验分析：实验误差主要来源于以下方面： 1. 导轨未完全调水平； 2. 空气阻力的影响，细线、滑轮运动阻力的影响； 3. 气流波动的影响； 4. 本地重力加速度近似取 980cm/s2。 5. 砝码的质量误差。 空气等各种阻力对实验的影响可能是主要的。因为空气阻力一般与速度的二次方 成正比，所以实验中拉力不能太大，否则加速度大，速度增加快，空气阻力增加也 快；但拉力也不能过小，否则很小的阻力也会产生较大的影响。
合作者： 无
对多人一组的，应注明合作者
怀化学院实验数据记录纸
实验名称：
验证牛顿第二定律
实验时间： 2011 年 * 月 * 日
___数学系__ _系 10 级 信计 专业 * 班
教师签名：
姓名 张 三 学号 100940****
数据记录：
v1 (cm / s) v2 (cm / s)
表 1 速度测量练习数据记录表
62.72 47.01 38.02 31.45 27.11
63.00 47.32 38.24 31.44 27.26
62.52 47.39 38.20 31.45 27.04
62.88 47.30 37.95 31.52 27.00
a (cm/s2)
28.65 56.78 85.33 113.96 143.13