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教学时数2学时教学目的和要求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。教学重点1、气垫导轨和光电计时系统的调节和使用。2、速度和加速度的测量方法。3、验证牛顿第二定律。教学难点1、气垫导轨和光电计时系统的调节和使用。2、速度和加速度的测量方法。教学内容1、光电计时系统的工作原理和使用方法2、气垫导轨的检查和调平法（静态调平法和动态调平法）3、测量粘性阻尼系数4、测量加不同砝码时的加速度5、验证牛顿第二定律教学方法先讲授，然后实际演示操作要点。教学手段学生操作，随堂检查操作情况。根据学生的操作情况将容易犯错的问题做重点提示，学生可以根据操作中遇到的具体问题个别提问。时间分配讲授30分钟，学生操作70分钟。板书设计实验目的、测量关系式、数据记录表格。主要参考资料1、杨述武等，《普通物理实验》（第四版）[M].北京：高等教育出版社，2007.2、郑庚兴，《大学物理实验》[M].上海：上海科学技术文献出版社，2004.3、黄水平，《大学物理实验》[M].北京：机械工业出版社，2012.4、徐扬子，丁益民，《大学物理实验》[M].北京：科学出版社，2006.5、李蓉，《基础物理实验教程》[M].北京：北京师范大学出版社，2008.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，对于一定质量的物体，其所受的合外力和物体所获得的加速度之间存在如下关系：（1）此实验就是测量在不同的作用下，运动系统的加速度，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。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：滑轮细线A门滑轮细线A门B门砝码式中平均速度（单位用）与粘性阻尼常量之积为滑块与导轨间的粘性阻力，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，应是滑块质量，全部砝码质量（包括砝码托）以气轨轨面和滑块内表面不允许用硬物敲打和撞击，如被碰伤或变形则可能出现接触摩擦使阻力显著增大；严禁在不通气源的情况下将滑块在导轨上来回滑动，否则两者的表面会因干磨擦而损伤。滑块严禁掉在桌面或地面上。实验前要用纱布或软毛巾蘸少些酒精，擦抹导轨表面和滑块内表面。检查轨面喷气孔是否堵塞：气轨供气后，用薄的小纸条逐一检查气孔，发现堵塞要用细钢丝通一下。实验后取下滑块另外放置，用布罩好导轨。问题讨论1．使用气垫导轨时应注意什么问题？气垫导轨是较精密仪器，实验中应避免导轨受到碰撞、摩擦而变形、损伤，没有给气垫导轨通气时，不准在导轨上强行推动滑块；滑块的内表面光洁度较高，要轻拿轻放，严防划伤和磕碰；不要将滑块放在水泥实验台上，更不允许将滑块掉在地上；滑块在导轨上运动的速度不能太大，以免冲出导轨跌落而损坏滑块；更换挡光片或调整挡光片在滑块上的位置时，必须把滑块从导轨上取下，待调整好后再放上去；实验结束后应将滑块从导轨上取下，以免导轨变形。2．滑块在气垫导轨上运动时，速度越来越慢，这是为什么？可能的原因：气垫导轨不水平；空气阻力的影响；气垫内部的粘滞阻力的影响。3.如何鉴别气垫导轨已调成水平？气垫导轨调成水平的方法：（1）静态调平法：首先用水平尺对气垫导轨的横向和纵向水平进行粗调，然后调节水平调节螺丝和支脚螺丝，直至滑块放在气垫导轨上静止或者左右扰动，但无方向性为止；（2）动态调平法：或。4.本实验求瞬时速度的方法中，你如何体会瞬时速度是平均速度的极限值？若保持下端光电门B不动，改变上端光电门A的位