專利名稱：牛頓第二定律驗(yàn)證裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種牛頓第二定律驗(yàn)證裝置。
技術(shù)背景
在中學(xué)和大學(xué)的力學(xué)實(shí)驗(yàn)，通常用重物拉小車在平面或者氣墊導(dǎo)軌上加速運(yùn)動(dòng)來驗(yàn)證牛頓第二定律。通過改變滑塊質(zhì)量或者重物質(zhì)量，可以定量研究物體加速度與其質(zhì)量及所受合力之間的關(guān)系。但是上述實(shí)驗(yàn)過程中，重物重力和滑輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量引起的系統(tǒng)誤差很難被消除，實(shí)驗(yàn)過程中的偶然誤差也比較大。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種牛頓第二定律驗(yàn)證裝置，此裝置無重物重力和滑輪慣量引起的系統(tǒng)誤差，實(shí)驗(yàn)過程中的偶然誤差也被減小。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案是讓裝有細(xì)沙的小車?yán)米陨碇亓υ谛泵嫔霞铀龠\(yùn)動(dòng)， 用兩個(gè)數(shù)字毫秒計(jì)測量小車的運(yùn)動(dòng)時(shí)間。
讓裝有細(xì)沙的小車在斜面(斜面與水平面的夾角為θ )上做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，假設(shè)運(yùn)動(dòng)到A點(diǎn)時(shí)的速度為Vtl，AB距離為0. 5m,運(yùn)動(dòng)時(shí)間為、(用數(shù)字毫秒計(jì)A測量)，AC距離為lm，運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t2(用數(shù)字毫秒計(jì)B測量)，用同一個(gè)光電門作為數(shù)字毫秒計(jì)A和B的開始計(jì)時(shí)開關(guān)。由運(yùn)動(dòng)學(xué)知識可知0.5 = Vl+1 叫2
> a =- .,、1 Vt Jnt2站2-O ⑴^ = vOtI+-atI
如果小車質(zhì)量為m(小車凈質(zhì)量和細(xì)沙質(zhì)量之和)，則小車所受的合力為
F合=mg sin θ -μ mg coS θ(2)
保持小車質(zhì)量不變，改變θ，利用(2)式計(jì)算出Fg ；用數(shù)字毫秒計(jì)A、B測量出、 和、，利用(1)式計(jì)算出a，可驗(yàn)證“質(zhì)量一定時(shí)加速度與合力成正比”。
保持Fg不變，改變θ值，利用(2)式計(jì)算出小車質(zhì)量，并用加減細(xì)沙實(shí)現(xiàn)此質(zhì)量； 用數(shù)字毫秒計(jì)A、B測量出、和t2，計(jì)算出a，可驗(yàn)證“合力一定時(shí)加速度與質(zhì)量成反比”。
(1)重物重力和滑輪慣量引起的系統(tǒng)誤差的消除
本方案利用小車重力使小車加速運(yùn)動(dòng)，不需要掛載重物，也不需要使用滑輪，所以不存在重物重力和滑輪慣量引起的系統(tǒng)誤差。
(2)偶然誤差的減小
由(1)式和( 式可以看出，此方案在驗(yàn)證牛頓第二定律過程中，不受摩擦力和 V0(小車達(dá)到A點(diǎn)的速度)的影響，不需要平衡摩擦力，也不需要嚴(yán)格控制小車的啟動(dòng)時(shí)間和位置，所以實(shí)驗(yàn)過程中的偶然誤差明顯減小了。
本發(fā)明的有益效果是，能夠比較精確地驗(yàn)證牛頓第二定律。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步對本發(fā)明進(jìn)行說明。圖1為本發(fā)明的截面圖。
圖中1.數(shù)字毫秒計(jì)A，2.數(shù)字毫秒計(jì)B，3.鋼板，4.小車，5.光電門A，6.光電門 B, 7.光電門C, 8.墊板，9.水平桌面。
具體實(shí)施方式
在圖1中，墊板⑶最右端與水平桌面(9)的交點(diǎn)用點(diǎn)A表示，鋼板(3)與水平桌面(9)的交點(diǎn)用點(diǎn)B表示，AB間的距離為s米。墊板(8)的高度為h米，鋼板 (3)與水平桌面(9)間的夾角為θ?？梢酝频?br> 權(quán)利要求
1.一種牛頓第二定律驗(yàn)證裝置，光電門A(5)、光電門B(6)、光電門C(7)依次固定在鋼板(3)上，作為數(shù)字毫秒計(jì)A(I)和數(shù)字毫秒計(jì)B (2)的計(jì)時(shí)開關(guān)，記錄小車(4)在鋼板(3) 上加速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間，用于計(jì)算小車(4)的加速度，改變墊板(8)位置可驗(yàn)證質(zhì)量一定時(shí)加速度與合力成正比，同時(shí)改變墊板(8)位置和小車(4)質(zhì)量并保持合力一定，可驗(yàn)證合力一定時(shí)加速度與質(zhì)量成反比，其特征是用數(shù)字毫秒計(jì)A(I)和數(shù)字毫秒計(jì)BQ)分別記錄小車的運(yùn)動(dòng)時(shí)間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頓第二定律驗(yàn)證裝置，其特征是用光電門A(5)同時(shí)作為數(shù)字毫秒計(jì)A(I)和數(shù)字毫秒計(jì)B (2)的開始計(jì)時(shí)開關(guān)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種牛頓第二定律驗(yàn)證裝置。其特征在于用光電門A(5)同時(shí)作為數(shù)字毫秒計(jì)A(1)和數(shù)字毫秒計(jì)B(2)計(jì)時(shí)開始的開關(guān)光電門A(5)、光電門B(6)、光電門C(7)依次固定在鋼板(3)上，作為數(shù)字毫秒計(jì)A(1)和數(shù)字毫秒計(jì)B(2)的計(jì)時(shí)開關(guān)，記錄小車(4)在鋼板(3)上加速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間，用于計(jì)算小車(4)加速度。改變墊板(8)位置，保持小車(4)質(zhì)量不變，可驗(yàn)證質(zhì)量一定時(shí)加速度與合力成正比。同時(shí)改變墊板(8)位置和小車(4)質(zhì)量并保持合力一定，可驗(yàn)證合力一定時(shí)加速度與質(zhì)量成反比。它可以用于物理學(xué)中的牛頓第二定律驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。
文檔編號G09B23/10GK102509495SQ20111037888
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月25日
發(fā)明者蘭民, 向鵬, 孫正昊, 李鑫, 王璐, 程道文, 董小剛, 韋韌, 韓冬 申請人:長春工業(yè)大學(xué)