气垫导轨上测量速度和加速度.doc

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1、实验三气垫导轨上测量速度和加速度【目的】.学习气垫导轨和数字毫秒计的正确使用。.掌握在气垫导轨上测量平均速度、瞬时速度和加速度的方法。.研究力、质量和加速度之间的关系。【原理】利用从导轨表面上的小孔喷出的压缩空气，使导轨表面与滑块之间的摩擦力大大减小，气轨上的滑块运动几乎可以看做是无摩擦的运动。当气轨水平放置时，自由漂浮的滑块所受的合外力为零，因此，滑块在气轨上可以静止，或以一定的速度作匀速直线运动。在滑块上装一与滑块运动方向严格平行、宽度为的挡光板，当滑块经过设在某位置上的光电门时，挡光板将遮住照在光敏管上的光束，因为挡光板宽度一定，遮光

2、时间的长短与滑块通过光电门的速度成反比，测出挡光板的宽度和遮光时间，则滑块通过光电门的平均速度为：()若很小，则在范围内滑块的速度变化也很小，故可以把平均速度看成是滑块经过光电门的瞬时速度。越小，则平均速度越准确地反映该位置上滑块的瞬时速度，显然，如果滑块作匀速直线运动，则滑块通过设在气轨任何位置的光电门时瞬时速度都相等，毫秒计上显示的时间相同，在此情形下，滑块速度的测量值与的大小无关。若滑块在水平方向受一恒力作用，滑块将作匀加速直线运动，分别测出滑块通过相距的个光电门的始末速度和，则滑块的加速度：()根据牛顿第二定律＝()如图所示，水平气

3、轨上质量为的滑块，用细绳通过轻滑轮与砝码相连，在忽略各摩擦力，不计线的质量，线不伸长的条件下，对于滑块，根据牛顿第二定律有＝()式中为绳子的张力，对于质量为的砝码，根据牛顿第二定律有－＝()图验证实验装置由式（）和式（）得＝（＋）()式（）表明，当系统总质量保持不变时，加速度与合外力成正比，当合外力保持恒定时，加速度与系统总重量成正比，若实验证明了式（）成立，亦即验证了牛顿第二定律。.保持系统总质量不变，研究外力与加速度的关系由式（）得：（）实验可测得对应与不同的的加速度，以为纵坐标，为横坐标做关系曲线，若①各实验点的连线为一条直线；②该直

4、线过坐标；③该直线的斜率，则式()成立。.保持外力不变，研究系统质量与加速度的关系由式()得：（）实验可得对应于不同的加速度，以为纵坐标，为横坐标，做其关系曲线，若①各实验点的连线为一条直线；②该直线过坐标原点；③该直线的斜率为＝２＝，则式()成立。【仪器】气垫导轨，数字毫秒计。【实验内容与步骤】.保持系统总质量不变，研究外力与加速度的关系①启动气源向气轨送气，用清洁的棉纱沾酒精擦拭导轨表面及滑块内表面。②在装有与滑块运动方向严格平行的型挡光板的滑块上，放个砝码（每个）,将滑块放在导轨上轻轻推一下，使之来回运动，用数字毫秒计测量滑块通过相距

5、的个光电门的时间，仔细调节导轨底脚螺丝（应调节单脚螺丝），使导轨持水平状态。③将质量为的砝码盘用细绳饶过定滑轮系到滑块上，将滑块置于远离滑轮的另一端的某一个固定位置，待砝码盘不动后释放滑块，使其由静止开始作匀加速运动，分别记下滑块经过个光电门的时间和，测量重复次。④从滑块上取下一个砝码放在砝码盘中(这样既改变了力的大小，又保证了系统总质量不变，即此时（）。由同一个固定位置释放，测出滑块经过个光电门的时间和。同样重复次。重复上述步骤，每次从滑块上取下一个砝码放入砝码盘中，直至。各数据均填入表中。.保持外力不变，研究系统质量与加速度的关系①在滑

6、块上放置块铁块，重新检查导轨，使之为水平状态。②将装有砝码的砝码盘（即）,绕过定滑轮系到滑块上，用实验内容的方法测出滑块通过个光电门的时间，重复次。③每次从滑块上取走一块铁块，测量对应于不同质量的系统时，滑块经过个光电门的时间，各重复次，数据填入表中。表外力与加速度关系的测量数据＋表质量与加速度关系的测量数据＋【数据处理】.研究外力和加速度的关系以为纵坐标，为横坐标，在直角坐标系上做出关系曲线，从图线求出其斜率，将与比较，求百分偏差。％.研究系统质量和加速度的关系以为纵坐标，／为横坐标，做／关系曲线，从图线求其斜率,将与比较，求百分偏差。

7、％【注意事项】.调节导轨水平的程度是做好实验的关键。如导轨上装有水平仪，可调节螺母观察水平仪显示状态。当导轨水平时，滑块在水平方向上所受的合外力为零，此时滑块静止，或者作匀速直线运动，但是，因为气轨的加工不可能绝对平直，滑块也难以完全静止，如轻轻推一下滑块，则滑块从一端向另一端运动，先后通过个光电门的时间和应相等，由于空气阻力，滑块速度缓慢减小，经过后一个光电门的时间总比经过前一个光电门的时间长，经仔细调节，使滑块经过个光电门的时间相差不超过％，至少在朝滑轮方向运动时满足这一要求，这时可视为导轨已调水平。.滑块通过某一位置的速度，是借助于光

8、电门和数字毫秒计测量的，当滑块上的挡光板垂直通过光电门时，数字毫秒计将显示宽度为的挡光板的遮光时间，或相距的次遮光之间的时间间隔，即滑块由该位置运动了距离所用的时间，滑块的速度,