实验二 气垫导轨上的实验

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1、精品文档，仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除实验二气垫导轨上的实验气垫导轨是为消除摩擦而设计的力学实验的装置，来自气源的气在开有密集小孔的导轨表面产生一层气垫。物体运动在气垫上，避免物体与导轨的直接接触，很大程度上减少了物体与导轨表面的摩擦。利用气垫导轨可以进行许多力学实验，如测定速度、加速度，验证牛顿第二定律，动量守恒定律，研究简谐振动等。【实验目的】1、利用碰撞特例验证动量守恒定律。2、学习使用气垫导轨和数字毫秒计。【实验仪器】实验装置如图1所示，主要由气源、气垫导轨、滑块（上面装有档光

2、片）、光电计时系统（光电门、数字毫秒计）组成。图1气垫导轨实验示意图实验室用“吹尘器”作气源。气垫导轨简称气轨，是一条横截面为三角形的空芯轨道，轨道表面分布着许多小气孔。气轨一头封闭，另一头装有进气嘴，气流从进气嘴流入，通过小气孔喷出，当滑块置于气垫之上时，滑块与轨道之间形成气垫，将滑块浮起，滑块的运动可视为是无摩擦的（气垫的两端装有缓冲弹簧，以免滑块冲出）。整个导轨安置在矩形梁上，梁下有三个用来调节水平的底脚螺丝。（3）滑块、（~）是实验中相互碰撞的两物体，、滑块的内表面可与气轨密切配合；上部

3、装有“凹”字形的档光片，一端装有缓冲弹簧，另一端粘有尼龙搭扣，一端粘有尼龙搭扣，另一端为光滑端。（4）光电计时测速系统由光电门、数字毫秒计（包括滑块上的档光片）组成。光电门是计时系统的信号接收装置，主要由安装在支架上的小聚光灯和光敏管组成，也有使用红外发光二极管和红外光敏三极管组成的光电门。聚光灯和光敏管对置于轨道两侧，工作时聚光灯发光，光敏管接收光电信号。利用光敏管所接收的光照变化来控制毫秒计的“计”和“停”，实现计时。光电计时器在本实验的工作特点是：光敏管第一次被遮光，开始计时，第二次被遮光

4、，计时停止，故计时器记录的是两次遮光的时间间隔。固连于滑块上的挡光片的有效部分为“凹”字形铝片，当挡光片随同滑块通过光电门时，就使光敏管受到两次遮光，从而使计时器记下一段时间与此段时间对应的挡光片的有效宽度，如图2所示。【精品文档】第4页精品文档，仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除运动方向图2档光片运动示意图于是滑块通过光电门的平均速度为（1）不大，可将近似地视为瞬时速度。本实验中，、上的挡光片的有效宽度分别为cm、cm.毫秒计的用法此处不再详述。【实验原理】二、速度与加速度物体作直线运动时

5、，如果在时间间隔内，通过的位移为，则物体在的时间间隔内的平均速度V为：（8）当趋近于零时，平均速度的极限值就是该时刻（或是该位置）的瞬时速度。当滑块在气垫导轨上运动时，通过测量滑块上的档光片经过光电门的档光时间与档光片的宽度（见图2），即可求出滑块在时间内的平均速度v。由于档光片宽度比较窄，可以把平均速度近似地看成滑块通过光电门的瞬时速度。档光片愈窄，相应的就愈小，平均速度就更为准确地反映滑块在经过光电门位置时的瞬时速度。本实验中，滑块上的U型挡光片的宽度为cm，条形挡光片的宽度为cm在水平气轨

6、上的滑块，如果受到水平方向的恒力作用（这个恒力由加上质量为m的重物来提供），则滑块在气轨上作匀加速度运动。分别测量滑块通过两个光电门时的初速度和末速度，并测出两个光电门的间距S，则滑块的加速度a 为：（9）又设重物的质量为M，滑块的质量为m，根据牛顿第二定律有：Mg=（m+M）a（10）则（11）【实验步骤】二、速度、加速度的测量【精品文档】第4页精品文档，仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除1．检查光电门，使存储式数字毫秒计处于正常工作状态（电脑计时器的使用参看说明书）。2．观察匀速直线运动

7、——测量速度轻轻推动滑块，观察滑块在气轨上的运动，包括和气轨两端的缓冲弹簧的碰撞情况。分别记下滑块经过两个光电门时的速度V1和V2，试比较V1和V2的数值，若V1和V2之间的差别小于V1（或V2）的1％时，则导轨接近水平，此时可近似认为滑块作匀速直线运动；若V1和V2相差较大，可通过调节导轨底座螺钉使导轨水平。熟悉测量滑块的速度。3．气垫导轨调水平后，根据表2测量滑块在导轨上作匀速直线运动时任一位置处的瞬时速度V。4．加速度的测量（1）在滑块的一端利用挂钩的丝线加上质量为m的物体，让滑块在物体的

8、重力作用下运动，记录滑块经过两光电门后计时器所显示的时间t1、t2或即时速度V1、V2(取决于电脑计时器的功能)，其中，（为挡光片的计时宽度）。将数据记入表3中，则滑块运动的加速度a可按式（9）计算。（2）利用天平分别测出滑块与物体的质量，根据式（11）求重力加速度g。【数据记录与处理】3．速度、加速度的测量数据记录表如下表2、表3。表2速度的测量数据待测量次数(m)(s，ms)V(m/s)123456平均值表3加速度的测量数据待测量次数(m)t1(s，ms)t2(s，ms)a(m/s2)123