牛顿第二定律的验证

牛顿第二定律的验证 物理与光电实验中心

实验目的： 验证牛顿第二定律

实验仪器： 气垫导轨、滑块、光电门、电脑通用计数器、砝码（5克）、配重块（50克）、物理天平、细线

实验原理： 牛顿第二定律的数学表达式为F=mɑ。（当物体的质量m一定时，其加速度ɑ与所受的合外力F成正比；当合外力一定时，物体的质量m与加速度ɑ成反比。）实验装置如图：

由牛顿第二定律可得：m2g=(m1+m2) ɑ 。其中m2为砝码和砝码盘的总质量，m1为滑块及其附加物的质量,ɑ为系统的加速度，m1+m2为系统的总质量。上式表明：当系统的总质量(m1+m2)保持不变时，加速度ɑ与所受的合外力m2g成正比；当合外力m2g保持恒定时，系统的总质量(m1+m2) 与加速度ɑ成反比。因而验证式m2g=(m1+m2) ɑ成立，也就是验证牛顿第二定律。

实验内容： • 1、仪器调整：调节气垫导轨水平， • 安装调试光电计时系统。 • 2、验证牛顿第二定律： • ⑴验证运动系统的总质量(m1+m2)不变，合外力F正比于加速度ɑ • 将改变m2所需砝码预先放在滑块上，使滑块从第一个光电门外侧20cm处开始运动，逐次从滑块上取下相等质量的砝码（每次取5克，共取5次），放入砝码盘中，直到砝码全部移到盘中为止，测出滑块经过两个光电门间的加速度，填入表1中。

⑵验证合外力不变，运动系统的总质量(m1+m2) 与加速度ɑ成反比保持砝码盘中的砝码质量不变，逐次在滑块上加配重块（每次加50克，共加5次），测出加速度，填入表2中。

数据处理: • 表1 m1+m2= kg表2 m2= kg • 根据表1中数据做ɑ～F图，若为直线，则F和ɑ成正比关系成立，且直线的斜率应等于（前两位数字相同即可认为在误差范围内相等）运动系统总质量的倒数。 • 根据表2的数据做出ｍ1～1/ɑ图，若为直线，且直线的斜率等于ｍ2ｇ（前两位数字相同），截距为-ｍ2，则可认为系统的总质量与其加速度成反比关系成立。

〔实验注意事项〕 1.气轨是较精密仪器，实验中必须避免导轨受碰撞、摩擦而变形、损伤，没有给气轨通气时，不准在导轨上强行推动滑块。 2.实验时滑块的速度不能太大，以免在与导轨两端缓冲弹簧碰撞后跌落而使滑块受损。 3.实验中滑块由静止释放，应防止砝码盘摆动且滑块最好在同一位置处释放，这样便于检查数据的正确性。 4.每次实验中要保证细绳在滑轮上，细绳长度要合适，太长则砝码可能在通过第二个光电门之前就落地了。

5.学生在保证系统总质量不变问题上容易出错。5.学生在保证系统总质量不变问题上容易出错。 ① 在验证质量不变，物体的加速度与所受合外力成正比时，为了保证总质量不变，改变外力时，必须把不在砝码盘上的砝码放在滑块上。 ② 在验证当物体所受外力不变，物体的加速度与质量成反比时，为节省时间，可在砝码盘上加千克的砝码，保持一个较大的外力，加快实验速度。 6．整理仪器，注意小东西如钉子、螺母、砝码等不能丢。

牛顿第二定律的 验证