[發明專利]一種驗證牛頓第二定律的方法和驗證儀器

無效

• 申請號: 200710021832.1
• 申請日: 2007-04-30
• 公開（公告）號: CN101055675A
• 公開（公告）日: 2007-10-17
• 發明（設計）人: 李鐵
• 申請（專利權）人: 李鐵
• 主分類號: G09B23/10
• 分類號: G09B23/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明專利提出了一種驗證牛頓第二定律的測量方法和驗證儀器(驗證a-F、a-1/M關系)，用于高中或大學的物理實驗教學中，沒有傳統實驗中的“系統誤差”。可以把該方法和驗證儀器用于驗證牛頓第二定律、探索動量定理、探索動能定理的實驗中。

背景技術

目前，常用的牛頓第二定律的驗證方法如附圖圖1所示，由1.重物2.繩子3.定滑輪4.小車5.滑板，認為重物1的重力等于繩子2對小車4的拉力，實際上只有重物1的質量遠小于斜面上小車4的質量時，兩者才近似相等.這就是傳統實驗的系統誤差.為了減少系統誤差，左邊懸掛的重物1的質量的可調整范圍很小，測量的數據只能集中在一個很小的區域。由于數據很集中，很難看出趨勢，總結規律很勉強。老師們的實際實驗結果常常是：實驗的a-F、a-1/M圖線既不是直線，也不經過坐標圓點。

發明內容

為了克服傳統實驗的系統誤差，本發明專利提出了一種驗證牛頓第第二定律的實驗模型和測量方法、驗證儀器，利用該實驗方法沒有傳統實驗中的系統誤差，只要實驗者操作規范，實驗的a-F、a-1/M為直線，且經過坐標的原點。

本發明專利所采用技術方案如附圖圖2所示：6.斜面?7.滑塊?8.墊塊.

研究滑塊7，當滑塊7塊在斜面6上下滑時，滑塊7受到的合力為：

F_合力＝Mgsinθ-μMgcosθ???????????????????????(1)

其中θ為斜面6相對水平面的夾角.

假設，斜面6相對水平面的夾角θ＝β時，物體恰沿斜面勻速下滑，則有Mgsinβ-μMgcosβ＝0

由上面的等式得到μ＝tanβ，將μ＝tanβ代入(1)有：

F_合力＝Mgsinθ-tanβMgcosθ

＝Mgsinθ-Mgcosθ×sinβ/cosβ

＝Mg(sinθ×cosβ-cosθ×sinβ)/cosβ

F_合力＝Mgsin(θ-β)/cosβ????????????(2)

其中.(θ-β)為就是小車剛勻速下滑時斜面的位置與現在斜面所在位置的夾角，見附圖圖3所示.

F_合力＝Mgsin(θ-β)/cosβ＝Mgh/(L×cosβ)????(3)

h、L的含義見附圖圖3所示

由于g/(L×cosβ)同一實驗中是固定不變的，合力的數值就可以用Mh等效表示.

(1)探索物體質量不變時，物體的加速度與受到的合外力的關系

要研究F_合與加速度a的關系，只要研究h與加速a的關系。只要旋轉斜面，得到多組h(如圖3)，利用數字毫秒計(或打點計時器)測量出相應的加速度a，畫出h-a圖線，探索出h-a的關系，也就得到了F_合與加速度a的關系。

(2)探索物體所受到的拉力不變時，物體的加速度與其質量的關系

當改變物體的質量時，怎樣才能做到保持合力不變化？這其實很簡單，只要每次改變小車的質量，同時旋轉斜面(如圖3)，保證F_合力＝Mgh/(L×cosβ)不變化，也就是Mh的乘積不發生變化，就可以了。利用數字毫秒計(或打點計時器)，測量出相應的加速度a，就能得到加速度與其質量的關系.

利用附圖圖4的實驗裝置，，就可以實現上述的實驗方法.本發明專利的有益的效果是：驗證牛頓第二定律的a-F、a-1/M關系，實驗的數據區域大，畫出的a-F、a-1/M圖線為直線，只要實驗者操作規范，實驗圖線基本經過坐標原點，而且沒有傳統實驗中的”系統誤差”.

附圖說明：

下面結合附圖和實施對本發明專利作進一步說明.

圖1是現在課本中的實驗模型.

圖2是本發明專利的實驗模型.

圖3是本發明專利所需要測量的數據及實驗原理的直觀說明.

圖4是是本發明專利實驗儀器的總裝圖.

圖5是總裝圖圖4中上旋轉導軌16的右視圖

圖6是總裝圖圖4中可導向滑塊17的右視圖

圖7是實驗操作過程需要的一個實驗圖，圖中各裝置為：24.鐵架臺、25.彈簧秤、16.上旋轉導軌、17可導向滑塊

圖4、圖5、圖6中各部分部件的作用：

9、10、11：水平調整螺絲。通過調整，保證水平底板12水平。

12：水平底板。與水平調整螺絲一起，保持裝置水平、平穩。

13：可升降墊塊。使中旋轉基板14按要求旋轉一定的高度