牛顿运动定律实验一、学习要点【新课学习】一、利用气垫导轨验证牛顿第二定律实验原理：1、气垫导轨原理如图所示，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。2、电脑式数字毫秒计原理在用气垫导轨验证牛顿第二定律实验中，我们采用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。3、验证牛顿第二定律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。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（如图所示），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为：由于ΔL比较小（1cm左右），在ΔL范围内滑块的速度变化很小，所以可把看作滑块经过光电门的瞬时速度。②加速度的测量在气垫导轨上，设置两个光电门，其间距为S。使受到水平恒力作用的滑块（做匀加速直线运动）依次通过这两个光电门，计数器可以显示出滑块分别通过这两个光电门的时间Δt1、Δt2及通过两光电门的时间间隔Δt。滑块滑过第一个光电门的初速度为v1=，滑块滑过第二个光电门的末速度为v2=，则滑块的加速度为：或③验证牛顿第二定律按照牛顿第二定律，对于一定质量m的物体，其所受的合外力F合和物体获得的加速度a之间的关系如下：F合=ma验证可分为两步：（1）验证物体的质量m一定时，其所受合外力F合和物体的加速度a成正比；（2）验证合外力F合一定时，物体的加速度a的大小和其质量m成反比。若实验中所用滑块质量为m1，砝码盘和砝码的质量为m2，则该系统的总质量m=m1+m2，该系统所受的合外力的大小F=m2g，则有：F=ma实验仪器：气垫导轨，滑块，MUJ-ⅢA电脑式数字毫秒计，砝码。实验步骤：（一）调节光电计时系统将气垫导轨上的两个光电门引线接入电脑式数字毫秒计后面板的P1及P2插口上，打开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，看数字毫秒计是否能正常记录时间，若不正常则检查挡光杆是否挡光及检查光电管照明是否充分。（二）调节气垫导轨水平①静态调平（粗调）调节导轨底脚螺丝使滑块在导轨上无定向的自然运动，也就是滑块能静止在导轨上，可以认为导轨被初步调平。②动态调平（细调）用适当的力推动滑块一下，使它依次通过两个光电门，要求滑块通过两个光电门的时间Δt1和Δt2相对差异小于1%。否则应继续调节导轨底脚螺丝，直至达到要求。（三）验证牛顿第二定律①物体系的总质量m一定，验证外力与加速度成正比。在导轨上固定两个光电门，将线一端系在滑块上，另一端通过气垫滑轮与砝码盘相连。在滑块上放置两个砝码，砝码盘上放一个砝码。滑块置于远离气垫滑轮的导轨另一端，由静止释放，在砝码盘及一个砝码所受重力作用下，滑块作匀加速直线运动，由计数器测量出加速度a1。重复测量三次（注意：滑块释放的初始位置必须一致，靠近气垫滑轮的光电门安放位置要合适，防止滑块尚未通过此光电门而砝码盘已落到地面上）。将一个砝码从滑块上取下，放入砝码盘中，重复上述实验步骤，测出滑块加速度a2。再将滑块上的另一个砝码取下，也放入砝码盘中（盘中砝码总数为3个），仍然重复上述实验步骤，测出滑块加速度a3。记录m1，m2和m的值，计算出作用力F1、F2和F3（m2指砝码盘及盘中砝码的质量之和，m为滑块、砝码盘及盘中砝码的质量之和）。②物体系统所受外力F一定，验...
