【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)

实验项目 在气轨上测定物体的速度和加速度并验证牛顿第二定律 1.熟悉气轨和数字毫秒计的使用方法。 2.测定滑块运动的速度和加速度。 3.验证牛顿第二定律。 1. 速度大小的测定 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=L2L1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L2为遮光框总宽度，L1为遮光框后半部分的宽度。 教学目的 VX t当△t很小时，V近似等于滑块通过光电门所在点的实验原理 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： V22V12 (3-1) a2(S1S2)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： m2gTm2a Tm1a

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解得： m2g(m1m2)a (3-2) 令 Mm1m2 Wm2g 上式化为 WMa (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W一定时，物体运动的加速度大小a与系统质量M成反比。 (2)系统质量M一定时，合外力W与物体运动的加速度大小a成正比，且 W1W2==…… = 常量。 a1a2教学重点与难点 1.气轨的水平调节。 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。 1．气轨的调平。 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。 1.x用50分度游标卡尺测量。 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。 1. 分析实验情况与实验结果，我们忽略了一些什么力？它们使实验结果偏大还是偏小？ 2. 如何鉴别气垫导轨已经调平? 《大学物理实验》—— 马靖 马宋设 施洋主编 《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 预习及操作评分（总分100分）： 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（x定位5分，游标卡尺读数5分，滑块、砝码2

实验内容 提要 测量与数据处理要求 思考题 参考资料 评分标准

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

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