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用光电计时器验证牛顿第二定律

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实验目的

通过光电计时器验证牛顿第二定律中加速度、质量及力之间的关系

实验原理

牛顿第二定律:物体加速度的大小跟作用力成正比,跟物体的质量成反比,且与物体质量的倒数成正比;加速度的方向跟作用力的方向相同。

实验器材

序号 实验箱名称 器材名称 数量 备注
1 单独包装 1.2m小车轨道 1  
2 轨道小车 铸铝底座支持杆组件 1  
3 轨道小车 导轨升降板 1  
4 运动与力 钓鱼线 1  
5 高中物理通用组合仪器箱 剪刀 1  
6 轨道小车 小车释放器组件 1  
7 轨道小车 砝码2g 5  
8 轨道小车 紫色小车 1  
9 轨道小车 单边L型挡光板,宽度10mm 1  
10 轨道小车 铅封螺丝带环 1  
11 轨道小车 透明圆头螺丝m4*10 2  
12 运动与力 光电计时器 1  
13 轨道小车 手拧螺丝m6*10 9  
14 轨道小车 手拧螺丝m6*30 1  
15 运动与力 光电门 2  
16 轨道小车 光电门支架 2  
17 轨道小车 前挡板组件 1  
18 轨道小车 滑轮架组件 1  
19 轨道小车 导轨支架 1  
20 运动与力 红黑导线 6  
21 轨道小车 小桶 1  

实验步骤

实验一:当小车质量保持不变时,验证α F的关系。

1、实验装置见下图。

2、首先在导轨的端部安装好滑轮,使其转动自如,光电计时器的功能选择时间间隔档,调节轨道高度平衡摩擦力——轻推小车时,小车通过两光电门的时间基本一致。

3、在小车上装上 lcm L型挡光片,两端各装上挂钩,将拴在砝码桶上的细线跨过滑轮并通过堵板上的方孔挂在滑行器的挂钩上。

 

4、将起始档板固定在导轨高端适当位置上,并将两个光电门置于导轨的相应位置上(如 30cm 80cm处),注意当砝码桶着地前,小车要能通过靠近滑轮一侧的光电门。

5、光电计时器的功能选择时间间隔档,在砝码桶内加上一定质量的砝码(如 2g,但不要超过 10g 砝码)。让小车从起始档板处开始运动,通过两个光电门,光电计时器会自动测出并直接显示两点间所用的时间t数值。

6、用天平准确称出小车总质量(包括细线)M,牵引砝码桶和砝码的质量m2 ,作用力 F=mgg为当地的重力加速度)。

7、逐次改变牵引砝码的质量(如 4g8g)重复按上述方法分别测出加速度a值。测出数据计算,可得的关系,在误差范围内验证α∝ F的比例关系。注意每次实验小车要从相同的位置开始运动。

实验二: 当合外力 F 不变时, 验证α ∝ 1/M的关系。

1、保持牵引砝码 6g 作用力固定不变,按照实验一中的步骤1-6进行实验并记录数据。

2、逐次在小车上加上不同的配重砝玛,重复上述实验,分别测出显示加速度 a 值。按测出数据计算可得的关系,在误差范围内验证了α∝1/M的比例关系。

 

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