实验:验证牛顿第一定律
滑块在水平的气垫导轨上运动,如果加速度为零,即可得出滑块做匀速直线运动的结论,从而验证牛顿第一定律.但实验结果往往显示滑块做的并不是匀速运动,而是减速运动.这是因为滑块在导轨上运动时,尽管有气垫的漂浮作用,但导轨与空气对滑块的阻力还是无法完全避免的.当导轨的一端垫高而斜置时,滑块的下滑力明显大于上述两种阻力,因此可以采用外推的方法来得到所需要的结论.实验装置如图所示.
如果滑块上的挡光片宽度为d,通过1、2两个光电门时的挡光时间分别为t
1和t
2,那么滑块通过两个光电门时的速度分别为
v1=、
v2=,测量出两个光电门之间的距离s,即可求出滑块的加速度
a=,从图中可看出,滑块的加速度
a=gsinα=g,所以当L不变时,a正比于h.改变h,测得一系列不同的a,然后作出a-h图线.如果a-h直线外推过原点,就是说当h=0时,a=0,即验证了牛顿第一定律. 实验中应注意,h不能调得太小.因为h太小时,前面所说的导轨阻力和空气阻力将表现得明显起来.
(实验结果和讨论)某次实验中s=75.0cm,d=1.00cm.每个h高度做三次实验,毫秒计测量数据如下(单位为10
-4s):
序号 |
垫高h(cm) |
第一次[ |
第二次[ |
第三次[] |
t1 |
t2 |
t1 |
t2 |
t1 |
t2 |
1 |
6.00 |
279 |
113 |
241 |
110 |
253 |
111 |
2 |
5.50 |
259 |
116 |
262 |
116 |
244 |
114 |
3 |
5.00 |
260 |
120 |
257 |
119 |
262 |
121 |
4 |
4.50 |
311 |
130 |
291 |
128 |
272 |
125 |
5 |
4.00 |
294 |
136 |
330 |
137 |
286 |
134 |
6 |
3.50 |
316 |
144 |
345 |
147 |
355 |
148 |
7 |
3.00 |
358 |
157 |
347 |
156 |
372 |
159 |
计算出来的加速度(单位m/s
2)如下表:
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
a1 |
0.436 |
0.396 |
① |
0.326 |
0.283 |
0.255 |
0.218 |
a2 |
0.437 |
0.398 |
0.370 |
0.328 |
0.294 |
0.253 |
0.219 |
a3 |
0.437 |
0.401 |
0.358 |
0.337 |
0.290 |
0.251 |
0.217 |
a |
0.437 |
0.398 |
② |
0.330 |
0.289 |
0.253 |
0.218 |
(1)填写表格中的数据:
①
0.364
0.364
;②
0.364
0.364
;
(2)在直角坐标系中作出a-h图线.
(3)结论:
当h=0时,a=0
当h=0时,a=0
; 理由:
图线是一条过原点的直线
图线是一条过原点的直线
.