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。
实验2.4牛顿第二定律的验证
实验2.4 牛顿第二定律的验证[实验目的]1、学习气垫导轨的调节与使用；2、熟悉光电门、数字计时器的使用；3、研究力、质量和加速度之间的关系，验证牛顿第二定律。
[实验仪器]气垫导轨，数字计时器或电脑通用计数器，托盘天平，微音洁净气泵等。
[实验原理]验证性实验都是在某一理论结果已知的条件下进行的,所谓验证是指实验的结果和理论结果完全一致，但这种一致实质上是在实验装置、方法存在误差范围内的一致，若实验结果与理论结果之差超出了实验误差的范围，则不能说验证了理论的正确性，此时或者否定验证方法的可靠性，或者怀疑理论本身的正确性，但无论怎样由一次实验或一种实验装置得出这种结论都是非常困难的，要做大量的对比实验才能得到科学正确的结论，切不可草率地下结论．即使实验结果与理论结果之差在实验的误差之内，也不能武断地认为一定验证了理论的正确性往往随着实验水平的提高而发现了理论上的不足之处，从而推动了理论工作的不断发展．因此验证性实验是属于难度很大的一类实验．验证性实验可分两大类：一是直接验证，一是间接验证．本实验属于直接验证，所谓直接验证是对理论所涉及的物理量都能在实验中直接测定，并能研究它们之间的定量关系．牛顿第二定律指出，对于一定质量m 的物体，其所受的合外力F 和物体所获得的加速度a 之间存在如下关系：ma F = （2-3-1）为了研究问题的方便，实验分两步进行：当保持物体的质量m 不变时，研究加速度a 与合外力F 之间关系；当保持物体所受的合外力F 不变时，研究加速度a 与物体质量m 之间关系。
图2-3-1取滑块质量为1m ，砝码和托盘的质量为2m ，细线（不可伸长）为一力学系统，如图2-3-1所示，T 为细线中的张力。
则有：221m g T m aT m a-=⎧⎨=⎩ （2-3-2）则系统受合外力为：212()F m g m m a ==+ （2-3-3）令21m m M +=，得F Ma = （2-3-4）气垫导轨是为消除摩擦而设计的一种力学仪器，它利用气源将压缩空气打入导轨腔中，导轨表面的气孔喷出的压缩气流，使导轨表面和滑块之间形成一层非常薄的“气垫”，将滑块托起，这样可以认为滑块在导轨表面上的运动看成近似无摩擦的直线运动。
验证牛顿第二定律—气垫导轨实验(一)
验证牛顿第二定律—气垫导轨实验(一)牛顿第二定律是牛顿三大定律之一，也称为“力的基本定律”。
它描述了物体的加速度与作用在它上面的力的关系，即 $F=ma$ （力等于质量乘以加速度）。
为了验证牛顿第二定律，我们可以通过气垫导轨实验来进行。
气垫导轨实验是一种相对简单的实验方法，它可以通过减少摩擦力来减小外部干扰，使我们更加精确地测量物体的加速度和力的关系。
实验装置包括一个平面气垫导轨和一组滑块。
在实验中，我们可以改变滑块的质量和加速度，并测量力和加速度的关系。
具体来说，实验流程如下：1. 首先，我们需要确定气垫导轨的长度和坡度。
导轨越长，物体的速度越大，导轨的坡度越大，物体在同样的初始位置上会更快地加速。
2. 然后，我们确定实验用的滑块的质量。
我们可以通过在滑块上加上不同的质量来改变滑块的重量，并在测量过程中记录滑块的质量。
3. 接下来，我们将滑块放在导轨的一端，对其进行一个恒定的初速度。
我们可以通过给滑块一个初始推力来实现初速度。
4. 在滑块运动的过程中，我们测量它在导轨上的运动距离和运动时间。
从而得出滑块的速度和加速度。
同时，我们还需要在导轨上放置一组测力仪，来测量物体所受的力。
5. 测量完成后，我们将数据记录下来，并通过绘制图表来分析它们之间的关系。
通过气垫导轨实验，我们可以验证牛顿第二定律的正确性。
实验结果通常与理论结果非常接近，这表明牛顿第二定律是不可否认的。
在实际应用中，我们可以使用牛顿第二定律来计算一些物理量，如动量和能量等，从而更好地理解和解释自然现象。
总之，气垫导轨实验是一种简单有效的实验方法，可以帮助我们验证牛顿第二定律的正确性，同时也可以让我们更加深入地理解力学和物理学的基本原理。
牛顿第二定律的验证
碰｝在生产实践中广泛存在着，例如锻铁、打桩等都 是 碰撞过程，在研究分子、原子、原子核的散射时，在一 定 意义下，也可看作碰撞过程来处理。
碰撞的情况是多种多样的，作为动量守恒和机械能守 恒的应用，结合气垫实验，我们只讨论二滑块的正碰。
牛顿总结实验结果，提出碰撞定律：碰撞两球的分离 速度与碰撞前两球接近速度成正比，比值为e ,叫恢复系 数， 即
光电门P 即可
考察：
W = AE,
K
<
利用前面系统总质量不变情况下的实验数据进行考察。系统状态
改变时秩码下落的高度h等于两光电门之间的距离。
实验内容
•用实验室提供的仪器设计进行完全弹性碰撞、 非 完全弹性碰撞、完全非弹性碰撞实验的方案。
•自己设计数据记录表格。 •验证上述三种类型的碰撞结果。
世 三二】 的数学表述是：F=Ma0它是质点动力学 的基本方
程，它给出了力、质量和加速度三个物理量之间的 定量关系。 验证牛顿第二定律从两个方面着手：
(1) 系统总质量不变，考察合外力和加速度的关系。 (2) 合外力不变，考察总质量和加速度的关系。
为了减少摩擦阻力的影响，实验中使用了气垫导轨。 使用光电门、电脑通用计数器及安装于滑块上的挡光片可测 出滑块通过两光电门时的速度和间隔时间，从而得到加速度
B） 记录数据，作Fr-v曲线。
A） 操作：设置电脑通用计数器的“功能键”于“加速度”，按“转换键 '
选择档光片的宽度值。
B） 记录数据，作a-F曲线，由斜率1/〃?得m的实验值，与质量标称 值比较，
计算相对误差。 C） 用最小二乘法处理数据，计算相对误差。
书？验内容 §二定律的验证（二）
《大学物理(一)》实验报告验证牛顿第二定律-气垫导轨实验(一)
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
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
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。
（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。
5．掌握验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
牛顿第二定律的验证
牛顿第二定律的验证摘要：牛顿第二定律说明了物体的加速度与物体所受的合外力成正比，并且与物体的质量成反比，方向与合外力相同。
本次的牛顿第二定律的验证实验在气垫导轨上进行，利用气垫导轨提供的相对稳定的理想环境下验证F=Ma，实验利用光电计时系统测得相对准确的通过光电门1和光电门2的速度与时间，从而计算验证牛顿第二定律。
关键词：气垫导轨牛顿第二定律加速度系统总质量不变光电计时系统（一）实验目的：（1）熟悉气垫导轨的构造，掌握正确的使用方法。
（2）熟悉光电计时系统的工作原理，学会用光电计时系统测量短暂时间的方法。
（3）学会测量物体的速度和加速度。
（4）验证牛顿第二定律（二）实验仪器：气垫导轨、气源、通用电脑计数器、游标卡尺、托盘天平、砝码及托盘等（三）实验原理：牛顿第二定律的表达式F=Ma，F为系统所受的合外力，M为系统的总质量，a为系统的加速度。
系统总质量M等于所加砝码的质量m1,滑块的质量m2和滑块的折合质量I/r²的总和，根据牛顿第二定律有F=（m1+m2+I/r²）a，由于折合质量I/r²相对于（m1+m2）而言很小，故在实际实验时可以忽略，于是F=（m1+m2）a 实验装置如下图所示，在导轨上相距S的两处放置光电门1和光电门2，测出此系统在砝码重力作用下滑块通过两光电门的速度V1和V2，系统的加速度a=(V2-V1)/ △t，V1=d/t1，V2=d/t2（d为挡光片的宽度）（四）实验内容与步骤：实验之前，讲气垫导轨调成水平，并使数字毫秒计处于正常的工作状态1、验证M一定时，a与F成正比（1）打开数字毫秒计时器，选择“加速度”档，将细尼龙线的一端接在滑块上，另一端绕过滑轮后悬挂一砝码盘，先把所有砝码都放在滑块上，并将滑块置于第一个光电门的外侧，使挡光片距离第一个光电门约20cm处，松开滑块，测出并记录滑块通过两个光电门的时间t1和t2，以及滑块从第一个光电门到第二个光电门的时间△t ，然后按数字毫秒计时器上的转换键，分别记录v1、v2（v1=d/t1,v2=d/t2）和加速度a 。
大学物理实验教案5-牛顿第二定律的验证
⼤学物理实验教案5-⽜顿第⼆定律的验证⼤学物理实验教案实验名称：⽜顿第⼆定律的验证实验⽬的：1．熟悉⽓垫导轨的构造，掌握正确的使⽤⽅法。
2．熟悉光电计时系统的⼯作原理，学会⽤光电计时系统测量短暂时间的⽅法。
3．学会测量物体的速度和加速度。
4．学习在⽓垫导轨上验证⽜顿第⼆定律。
实验仪器：⽓垫导轨（L-QG-T-1500/5.8）滑块电脑通⽤计数器（MUJ-ⅡB ）电⼦天平游标卡尺⽓源砝码实验原理：⼒学实验最困难的问题就是摩擦⼒对测量的影响。
⽓垫导轨就是为消除摩擦⽽设计的⼒学实验的装置，它使物体在⽓垫上运动，避免物体与导轨表⾯的直接接触，从⽽消除运动物体与导轨表⾯的摩擦，让物体只受到⼏乎可以忽略的摩擦阻⼒。
利⽤⽓垫导轨可以进⾏许多⼒学实验，如测定速度、加速度、验证⽜顿第⼆定律、动量守恒定律、研究简谐振动等。
根据⽜顿第⼆定律，对于⼀定质量m 的物体，其所受的合外⼒F 和物体所获得的加速度a 之间存在如下关系：ma F = （1）此实验就是测量在不同的F 作⽤下，运动系统的加速度a ，检验⼆者之间是否符合上述关系。
在调平导轨的基础上，测出阻尼系数b 后，如下图所⽰，将细线的⼀端结在滑块上，另⼀端绕过滑轮挂上砝码0m 。
此时运动系统（将滑块、滑轮和砝码作为运动系统）所受到的合外⼒为：c a g m v b g m F )(00-?--= （2）式中平均速度v （单位⽤s m /）与粘性阻尼常量b 之积为滑块与导轨间的粘性阻⼒，c a g m )(0-为滑轮的摩擦阻⼒，暂时不考虑这项。
在此⽅法中运动系统的质量m ，应是滑块质量1m ，全部砝码质量（包括砝码托）∑m 以及滑轮转动惯量的换算质量2r I（I 为滑轮转动惯量，r 为轮的半径）之和，即： 21rIm m m ++=∑ （3）其中2rI由实验室提供。
另外在实验中应将未挂在线上的砝码放在滑块上，保持运动系统质量⼀定。
3．⽤测量的F 与a 验证式（1）时，应检验：（1） F 与a 之间是否存在线性关系？当a 、F 的测量组数5>n ，关联系数88.0),(>F a r 时，就可认为a 、F 间存在线性关系。
大学物理实验报告(验证牛顿第二定律)
中国石油大学（华东）现代远程教育实验报告学习中心：提交时间：2014 年 6 月 2 日汽垫上静止释放，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。
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滑块m ，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g m 102=），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。
【数据处理】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：%2.4165165172=- 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/s 2,实际合外力F=10克力=10g*980cm/s 2=9800gcm/s 2，相对误差：%7.4980093429800=-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。
牛顿第二定律的验证（1）
牛顿第二定律的验证【实验目的】1. 熟悉气垫导轨的构造，掌握正确的调整方法。
2. 熟悉用光电测量系统测量短时间的方法。
3. 验证牛顿第二定律。
【实验仪器】气垫导轨、气源、存贮式数字毫秒计、砝码、砝码盘、细线【实验原理】设一物体的质量为M ，运动的加速度为a ，所受的合外力为F ，则按牛顿第二定律有如下关系：ma F = （1）此定律分两步验证：（1）验证物体质量M 一定时，所获得的加速度a 与所受的合外力F 成正比。
（2）验证物体所受合外力F 一定时，物体运动的质量M 与加速度a 成反比。
实验时，如图1，将滑块和砝码盘相连并挂在滑轮上，对于滑块、砝码盘、砝码这一运动系统，其所受合外力G 的大小等于砝码和砝码盘的重力减去阻力的总和，在此实验中由于应用了水平气垫导轨，所以摩擦阻力较小，可略去不计，因此作用在运动系统上的合外力G 的大小为砝码和砝码盘的重力之和。
图1 验证牛顿第二定律系统因此按牛顿第二定律：a m n n m m Ma g m n m G ])([)(22110220+++==+= （2）其中砝码盘的质量为m 0，加在砝码盘中砝码的质量为n 2m 2（每个砝码的质量为m 2，共加了n 2个），滑块的质量为m 1，加在滑块上砝码的质量为n 1m 2（共加了n 1个）。
则运动系统的总质量M 为上述各部分质量之和。
从(2)式看，由于各部分质量均可精确测量，因此只需精确测量出加速度a 即可验证牛顿第二定律。
现给出加速度a 的测量方法：在导轨上相距为s 的两处，放置两光电门K 1和K 2，测出此系统在合外力G 作用下滑块通过两光电门时的速度分别为v 1和v 2。
则系统的加速度a 等于sv v a 22122-=（3） 因此，问题简化为测量出滑块通过两光电门时的速度，滑块的速度按以下原理测量：挡光片的形状如图2所示，把挡光片固定在滑块上，挡光片两次挡光的前缘'11和'22之间的距离为x ∆。
大学物理实验一 牛顿第二定律的验证
实验一牛顿第二定律的验证一、实验目的1、熟悉气垫导轨的构造，学习正确的调整方法；2、进一步熟悉用光电计时系统测量短时间的方法，从而学会测物体运动的速度和加速度；3、验证牛顿第二定律。
二、实验仪器用具气垫导轨，数字毫秒计，两个光电门，滑块，砝码及砝码托盘，气源。
1、气垫导轨部件如图2-1所示，各部件如下：1）缓冲弹片，2）光电管与小聚光灯，3）光电门架，4）喷气小孔，5）挡光片，6）滑块，7）导轨，8）气垫滑轮，9）垫片，10）调平螺丝（横向），11）堵头，12）双头螺栓，13）座底，14）调平螺丝（纵向），15）进图2-1气嘴。
（1）导轨由长1.2~2米的三角形铝管制成，要求平直度较高，轨面经过精密加工，打磨平滑，两侧各有两排相互错开、等间隔、孔径为0.4~0.8mm的小孔，导轨一端封死，另一端装有进气嘴，压缩空气由这里进入管腔后，从小孔喷出。
导轨两端还装有缓冲弹簧，有的导轨一端有气垫滑轮。
整个导轨通过一系列直立的双头螺栓安装在工字钢梁制成的底座上，底座下面有三个底座螺钉可供调水平用。
（2）滑块由10~30cm长的角铝制成，内表面经过细磨，与导轨两个侧面精确吻合。
（3）计时装置由数字毫秒计与光电门组成，使用方法见实验3和实验4。
（4）气源一般小型气源使用吹尘器，要求气压稳定、流量适当、消音减振及空气滤清。
滑块以托起100μm~200μm为宜。
2、气垫工作原理滑块为什么能漂浮？是因为有“气垫效应”。
滑块与轨面都经过精细加工，可以很好地吻合。
当导轨中小孔喷出空气流后，在滑块与导轨之间形成一个薄空气层——气垫，在滑块边缘，不断有空气逸出，同时小孔又不断向气垫补充空气，使气垫得以维持存在。
这是一个简单的耗散结构。
我们可以近似地把气垫看成密闭气体，在其中应用帕斯卡定律，小孔中的压强等量地传递到气垫各处，由于滑块与气垫接触面积大，受到很大的压力（方向向上），所以被托起漂浮。
因此，滑块并不是被气流吹起来的，而是被气垫托起的。
1.在气垫导轨上验证牛顿第二定律
在气垫导轨上验证牛顿第二定律【实验目的及要求】1.熟悉气垫导轨和光电测速仪的调整与使用。
2.掌握利用测速仪测量加速度的方法。
3.学会用表格和作图来分析处理数据。
4.学会利用气垫导轨和测速仪来验证牛顿第二定律。
【实验原理】在匀变速直线运动中加速度为：a=（v22-v12）/2s牛顿第二定律：a=F/m【实验仪器】气垫导轨、气源、测速仪、滑块、钩码、细绳、刻度尺等【实验步骤】（一）在物体所受合外力不变的情况下，物体的加速度与质量的关系1.将气垫导轨安放在水平桌面上，并调节导轨使其处于水平；2.将两测速仪安装在导轨上，测出测速仪之间的距离（0.5m）；3.测出滑块的质量；4.用细绳连接滑块和钩码并跨过滑轮。
并把它们的质量和重力填入表格；5.松开滑块使其做匀加速直线运动，把速度填入表格并算出加速度；6.在滑块上加适当钩码，重复做3次；37.结论1：在合外力不变的情况下，物体的加速度与其质量成反比。
（二）在物体质量保持不变的条件下，物体的加速度与合外力的关系1.在滑块上放两个钩码，另一个钩码通过细绳与滑块连接，并跨过滑轮；2.把总质量和拉力（钩码的重力）填入表格中；3.松开滑块让其做匀加速直线运动，并把测速仪的数据填入表格，算出加速度；4.把滑块中钩码转移一个到细绳的另一端，和拉动的钩码合在一起，重复做3次；7.结论：当物体的质量保持不变的情况下，物体的加速度与合外力成正比。
【注意事项】1、松开滑块的位置要在第一个测速仪的前面一点，也不要太远；2、第一和第二个测速仪的位置距离不要太远，取0.5m比较适宜；3、做此实验拉力、加速度、速度都不要太大。
【误差分析】除了偶然误差因素外，测速仪会产生一点误差；它是取1cm的平均速度为它中间位置的速度；做实验时，会有空气阻力，这样会带来一些误差，所以，做此实验的速度不宜太大。
练习题：1、用气垫导轨做实验时，滑块的速度不宜太--------，因为速度越大，气体的阻力就越-------，实验误差就越-----------。
验证牛顿第二定律实验报告
实验5 验证牛顿第二定律一、实验目的1. 了解气垫技术和光电计时技术技术原理，掌握气垫导轨和计时计测速仪的使用方法。
2. 测量滑块加速度，验证牛顿第二定律。
二、实验仪器汽垫导轨及附件、MUJ-5B 型计时计数测速仪、电子天平三、实验原理1、速度测量宽度为Δs 的挡光片（如图1）垂直装在滑块上，随滑块在气垫导轨上运动，挡光片通过光电门时，测速仪测出挡光时间Δt ，则瞬时速度：ts dt ds t s v t ∆∆≈=∆∆=→∆lim（1） 式中Δs 根据实际宽度设置好，速度由测速仪自动计算并显示。
2、加速度测量挡光片随滑块通过光电门1和2，测出挡光片经过两个光电门的挡光时间1t ∆、1t ∆及从门1运动到门2的运动时间t ，测速仪自动按（2）式计算并显示加速度a 。
⎪⎪⎭⎫⎝⎛∆-∆∆=-=1212t 1t 1t s t v v a （2） 3、牛顿第二定律验证方法在右图由1m 、2m 构成的系统中，在阻力忽略不计时，有：a m m g m )(212+=。
令g m F 2=，21m m M +=，则有Ma F =。
保持M 不变，改变F ，测a ，可验证a 与F 的关系；F 不变，改变M ，测a ，可验证a与M 的关系。
四、实验内容与步骤1.气垫导轨的水平调节分静态调平法或动态调平法。
采用静态调平法：接通气源后，将滑块在气垫导轨中间静止释放，观察滑块运动，根据运动方向判断并调节导轨调平螺钉，反复进行，使滑块静止释放后保持不动或稍微左右摆动。
2.练习测量速度和加速度。
3.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滑块m ，按上图所示装配，测速仪选“加速度” 功能，将4个砝码全部放在滑块上，将滑块移至远离滑轮一端释放，通过两光电门，记录加速度a 。
重复测量4次。
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。
气垫导轨验证牛顿第二定律实验报告
气垫导轨验证牛顿第二定律实验报告实验目的：本次实验的目的是通过验证牛顿第二定律，探究在不同重量下气垫导轨的运动规律及其相应的物理量。
实验器材：气垫导轨、气垫小车、滑轮、拉力计、外接重物、计时器、铅笔、纸张等。
实验步骤：1.将气垫导轨放在水平面上，检查导轨表面是否平整，使用计时器测量导轨的长度，并记录在纸张上。
2.将气垫小车放在导轨上，将滑轮固定在小车上方，连接拉力计和外接重物，调整滑轮高度，使拉力计处于水平状态，记录下外接重物（不包括小车）的质量。
3.保持拉力计处于静止状态，打开气垫，调整气垫的气流，使小车处于平衡状态，记录气垫的气流大小，并记录下小车的质量。
4.开启计时器，同时放开气垫小车和外接重物，记录拉力计的数值，并记录小车到达滑轮位置，计算小车的速度。
5.多次进行实验，对比不同质量情况下小车的运动情况。
实验结果：在实验中，我们使用不同质量的外接重物对小车进行了多次实验，最终得到以下的数据表格：| 质量（kg） | 小车质量（kg） | 气垫气流大小（L/min） | 气垫小车速度（m/s）|| ------ | -------- | ------------ | ------------- || 0.1 | 0.19 | 14 | 0.12 || 0.2 | 0.19 | 14 | 0.21 || 0.3 | 0.19 | 14 | 0.29 |通过数据分析，可以得到以下结论：1、随着外接重物质量的增加，小车的加速度相应变大，速度也会随之增加。
2、当小车经过一段含有滑轮的斜坡时，小车的速度加速度一直保持一定的平稳，即牛顿第二定律成立。
结论与分析：在实验中，我们通过对不同质量的气垫小车进行对比实验，得到了小车在不同重量下的运动规律。
根据实验结果，我们可以得到牛顿第二定律的验证。
在一段斜坡上，加速度和距离均保持一定的平稳，即只有当施力与质量之积恒定时，物体才能保持平均加速度和距离，否则物体的加速度和距离将会呈现出不同的变化趋势。
在气垫导轨上测加速度的实验报告
竭诚为您提供优质文档/双击可除在气垫导轨上测加速度的实验报告篇一：大学物理实验气垫导轨实验报告气轨导轨上的实验——测量速度、加速度及验证牛顿第二运动定律一、实验目的1、学习气垫导轨和电脑计数器的使用方法。
2、在气垫导轨上测量物体的速度和加速度，并验证牛顿第二定律。
3、定性研究滑块在气轨上受到的粘滞阻力与滑块运动速度的关系。
二、实验仪器气垫导轨(Qg-5-1.5m)、气源（Dc-2b型）、滑块、垫片、电脑计数器(muJ-6b型)、电子天平（Yp1201型）三、实验原理1、采用气垫技术，使被测物体“漂浮”在气垫导轨上，没有接触摩擦，只用气垫的粘滞阻力，从而使阻力大大减小，实验测量值接近于理论值，可以验证力学定律。
2、电脑计数器（数字毫秒计）与气垫导轨配合使用，使时间的测量精度大3v??x?t?x?t4过s1、s离?sa?速度和加速度的计算程序已编入到电脑计数器中，实验时也可通过按相应的功能和转换按钮，从电脑计数器上直接读出速度和加速度的大小。
5、牛顿第二定律得研究若不计阻力，则滑块所受的合外力就是下滑分力，F?mgsin??mg定牛顿第二定律成立，有mgh。
假Lhh?ma理论，a理论?g，将实验测得的a和a理论进LL行比较，计算相对误差。
如果误差实在可允许的范围内（＜5％），即可认为（本地g取979.5cm/s2）a?a理论，则验证了牛顿第二定律。
6、定性研究滑块所受的粘滞阻力与滑块速度的关系实验时，滑块实际上要受到气垫和空气的粘滞阻力。
考虑阻力，滑块的动力hh学方程为mg?f?ma，f?mg?ma?m(a理论－a)，比较不同倾斜状态下的LL平均阻力f与滑块的平均速度，可以定性得出f与v 的关系。
四、实验内容与步骤1、将气垫导轨调成水平状态先“静态”调平（粗调），后“动态”调平（细调），“静态”调平应在工作区间范围内不同的位置上进行2~3次，“动态”调平时，当滑块被轻推以50cm/s左右的速度（挡光宽度1cm，挡光时间20ms左右）前进时，通过两光电门所用的时间之差只能为零点几毫秒，不能超过1毫秒，且左右来回的情况应基本相同。
物理动手实验课-利用气垫导轨验证牛顿第二定律实验报告 1
利用气垫导轨验证牛顿第二定律【摘要】：气垫导轨是为研究无摩擦现象而设计的力学实验设备，在导轨表面分布着许多小孔，压缩空气从这些小孔中喷出，在导轨和滑块之间形成了月0.1mm厚的空气层，即气垫，由于气垫的形成，滑块被托起，使滑块在气垫上作近似无摩擦的运动。
利用气垫导轨，再配以光电计时系统和其他辅助部件，可以对做直线运动的物体（即滑块）进行许多研究，如测定速度、加速度、验证牛顿第二定律，研究物体间的碰撞，研究简谐运动的规律等。
【关键词】气垫导轨、通用计数器、测速的试验方法、牛顿第二定律、控制变量法、导轨调平实验回顾【实验目的】1．熟悉气垫导轨和MUJ-613电脑式数字毫秒计的使用方法。
2．学会测量滑块速度和加速度的方法。
3．研究力、质量和加速度之间的关系，通过测滑块加速度验证牛顿第二定律。
【实验原理】（一）仪器使用原理1．气垫导轨如图4-1所示，气垫导轨是一种摩擦力很小的实验装置，它利用从导轨表面小孔喷出的压缩空气，在滑块与导轨之间形成很薄的空气膜，将滑块从导轨面上托起，使滑块与导轨不直接接触，滑块在滑动时只受空气层间的内摩擦力和周围空气的微弱影响，这样就极大地减少了力学实验中难于克服的摩擦力的影响，滑块的运动可以近似看成无摩擦运动，使实验结果的精确度大为提高。
图4-1 气垫导轨装置图2．MUJ-613电脑式数字毫秒计在用气垫导轨验证牛顿第二定律实验中，我们采用MUJ-613电脑式数字毫秒计测量时间。
利用它的测加速度程序，可以同时测量出滑块通过两个光电门的时间及滑块通过两个光电门之间的时间间隔。
使用计数器时，首先将电源开关打开（后板面），连续按功能键。
使得加速度功能旁的灯亮，气垫导轨通入压缩空气后，使装有两个挡光杆的滑块依次通过气垫导轨上的两个光电门计数器按下列顺序显示测量的时间：显示字符 含 义 单位 1 通过第一个光电门的速度 cm/s (亮) ××·××2 通过第二个光电门的速度 cm/s (亮) ××·××1—2 在第一和第二个光电门之间运动的加速度 cm/s 2 (亮) ××·××若不是要求的单位亮则按转换键即可显示要求的单位。
《大学物理(一)》实验报告验证牛顿第二定律-气垫导轨实验(一)
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。
（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。
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
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。
大学物理气垫导轨实验报告
大学物理气垫导轨实验报告一、实验目的1、熟悉气垫导轨的构造和性能，掌握其使用方法。
2、学习利用气垫导轨测量物体的速度和加速度。
3、验证牛顿第二定律。
二、实验原理1、气垫导轨是一种摩擦力很小的实验装置，它利用从导轨表面小孔喷出的压缩空气，在导轨与滑块之间形成一层很薄的气膜，使滑块与导轨不直接接触，从而大大减小了摩擦力。
2、速度的测量：通过测量滑块在一定时间内通过的距离，根据速度的定义式$v ＝＼frac{＼Delta s}｛＼Delta t}＄计算出速度。
3、加速度的测量：使用光电门测量滑块通过两个光电门的时间间隔$＼Delta t_1$和$＼Delta t_2$，以及两个光电门之间的距离$＼Delta s$，根据加速度的定义式$a ＝＼frac{v_2 v_1}｛＼Delta t}＄，其中$v_1 ＝＼frac{＼Delta s}｛＼Delta t_1}＄，＄v_2 ＝＼frac{＼Delta s}｛＼Delta t_2}＄，计算出加速度。
4、验证牛顿第二定律：在滑块上加上不同质量的砝码，测量滑块的加速度，根据牛顿第二定律$F ＝ ma$，其中$F$为合力（等于滑块所受重力沿导轨方向的分力），分析加速度与合力、质量的关系。
三、实验仪器气垫导轨、滑块、光电门、数字毫秒计、砝码、天平。
四、实验步骤1、调节气垫导轨水平打开气源，将滑块放在导轨上，轻轻推动滑块，观察滑块的运动情况。
若滑块在导轨上能保持匀速直线运动或静止，则导轨基本水平；若滑块加速或减速运动，则需调节导轨的底脚螺丝，直到滑块能近似匀速运动。
2、测量滑块的速度安装好光电门，使滑块从导轨的一端以一定的初速度运动，通过光电门时数字毫秒计记录下通过的时间。
改变滑块的初速度，多次测量，计算滑块的平均速度。
3、测量滑块的加速度在滑块上放置质量为$m_1$的砝码，使滑块从导轨的一端由静止开始运动，通过两个相距一定距离的光电门，记录通过两个光电门的时间间隔$＼Delta t_1$和$＼Delta t_2$。
气垫导轨验证牛顿第二定律
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v 为：tL v ∆∆= （1）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v 看做滑块经过光电门的瞬时速度。
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实验报告
课程名称：大学物理(一)
实验名称：验证牛顿第二定律――气垫导轨
实验（一）
实验形式：在线模拟+现场实践
提交形式：提交书面实验报告
学生姓名：学号：
年级专业层次：
学习中心：
提交时间：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。
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
（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，由于滑块与导轨间的粘滞阻力和滑块周围的空气阻力，使比稍长一些，一般应在第三位读数以下才有差别。
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。
合外力不变时加速度与系统质量的关系 m=7.97g S=0.5000m
M/g △t1/s △t2/s V1/ms-1V2/ms-1a'/ms-2a/ms-2M/kg 250.90 33.8 15.1 0.283 0.632 0.320 0.311 0.251 300.90 39.2 16.9 0.244 0.565 0.260 0.260 0.301 350.90 47.3 18.7 0.202 0.511 0.220 0.223 0.351 400.90 73.2 20.5 0.130 0.466 0.200 0.195 0.401 450.90 82.5 22.3 0.116 0.428 0.170 0.173 0.451 500.90 134.7 24.1 0.071 0.396 0.152 0.156 0.501
系统质量不变时加速度与合外力的关系 M=253.9g △X=9.550mm
M/g △t1/s △t2/s V1/ms-1V2/ms-1a'/ms-2a/ms-2F/N
5.97 34.0 17.2 0.281 0.556 0.230 0.230 0.059
6.97 31.4 15.6 0.304 0.610 0.280 0.269 0.068
7.97 29.3 15.0 0.326 0.637 0.300 0.308 0.078
8.97 27.5 13.9 0.347 0.686 0.350 0.346 0.088
9.97 26.1 13.3 0.366 0.717 0.380 0.385 0.098
10.97 25.0 12.7 0.382 0.752 0.420 0.423 0.108
加速度与系统质量关系
加速度与合外力关系。