牛頓第二運動定律 大 綱 目的、儀器 原理 實驗步驟 實驗報告.

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1 牛頓第二運動定律 大 綱 目的、儀器 原理 實驗步驟 實驗報告

2 目的、儀器 目的： 儀器： 學習量測物體速度及加速度的技巧，並驗證牛頓第二運動定律。
氣墊軌、送風機、滑走體、重物×2、光電計時器Photogate timer)、橡皮筋、細線、游標尺、電子天秤。

3 原理 一、 牛頓第二運動定律所描述的為一質量為m 的物體，其所受淨力F作用時，所產生之加速度a值具有F = ma之關係。若摩擦力可以忽略，則圖3-1系統在運動狀態時有以下之關係： 即加速度a 與重力加速度g 有(l)式中的關係。故若經量測得到a 值，則g值方可以經由(1)式計算出來。

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5 二、 由A 物體與B 物體為一個系統，共同運動之觀點來看，因二物體一同移動，總質量為(M + m)，共同加速度為a，總受力為F = mg。故由牛頓第二運動定律可得 mg=(M +m)a (2)
　 我們可以發現(2)式的結果與(1)式是相同的。在圖3-1 中T 為系統的內力，而mg 則為系統所受之外力。

6 氣墊軌簡介：

7 1. 如圖3-2 所示之氣墊軌(air track)，可以用來做許多直線運動的力學實驗。因為在軌上運動的物體受到的摩擦力很小，所以可以得到較令人滿意，誤差較小的實驗結果。但是因為它的精密性較高，若使用的方法不正確，不但會得到較大的誤差，更可能傷害到儀器，因此以下對氣墊軌的構造及使用做一個介紹。 2. 氣流供應 氣墊軌的主體是一個空心的角柱，氣流由送風機泵入空腔，然後由柱表面的小孔噴出，噴出的氣流在軌道與滑走體(Glider)間，形成一層氣墊，因此大大的減少了相對運動時的摩擦力。為了防止氣墊軌之軌面摩擦受損，一進入實驗室就應該打開送風機，直到所有實驗做完，取下滑走體後，再關掉送風機，切忌在無氣墊層的軌面上推動滑走體，由於氣墊的承受力有很，在滑走體上所加的重物也不可過重。

8 3. 水平調整 在實驗前，應先將軌道調成水平，以避免未預期的加速度或摩擦力。軌道下面共有四個調整螺絲可將軌道面調整至水平。將滑走體置於軌道中間，調整軌道的水平鈕，使中間的滑走體不會自動滑走。

9 注意事項 氣墊軌是力學直線運動實驗之實驗儀器，為避免錯誤之使用，防止儀器之損壞，請注意下列各點： 1. 未經講解、指導，不可使用儀器。
2. 詳閱講義，按照指示操作。 3. 未開動送風機前，不得置放滑走體於氣墊軌上。 4. 滑走體載重有限，不可過重。 5. 不可在氣墊軌上直接裝置滑走體的附加物，必須先行拿下在一旁裝置。

10 步驟 1. 在大滑走體中央裝上旗標。（滑走體上均勻分配裝置二塊重物。）
2. 秤滑走體（含重物）之質量M，砝碼及砝碼座總質量m，單位為克。用游標尺量棋標之寬度ℓ。 3. 如圖3-2 所示，以細線連接滑走體和砝碼，利用氣墊軌端點的滑輪支撐細線。 4. 裝置2 個光電門，使感光器可感應到滑走體的旗標通過。 5. 釋放滑走體，使滑走體受砝碼之重力前進運動。光電計時器使用功能6（設定：[功能]→[6]→[歸零]→[啟動]），分別記錄滑走體通過二光電門之時間t1及t2。計算滑走體之瞬時速度V1=l/t1，V2=l/t2。

11 6. 釋放滑走體位置同步驟5，光電計時器使用功能4（設定：[功能]→[4]→[歸零]→[啟動]）來記錄滑走體經過二個光電門間之距離所需時間t（滑走體通過第二支光電門後計時停止，視窗顯示d = ? - ?，按[2]、[1]即得到滑走體由第一支光電門移動至第二支光電門的時間）。則滑走體的加速度a= V2-V1/t。將數據記錄於表一。 7. 改用小滑走體（移除二塊重物），重覆以上步驟1～6。將數據記錄於表二。 8. 將砝碼及砝碼座總質量減半，重覆以上步驟1～6。將數據記錄於表三。 9. 討論實驗值與理論值之誤差來源。

12 注意事項 1. 實驗中數據請使用CGS 制計算。 2. 懸掛砝碼的細線，長度必須不致讓砝碼掉落到地面上。

13 實驗報告 表一 大滑走體（滑走體+二個重物）

14 表二 小滑走體（僅有滑走體）

15 表三 砝碼及砝碼座總質量減半

16 討論： 討論g 之實驗值與理論值差異之原因。