用气垫导轨研究匀变速直线运动

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1、研究匀变速直线运动（方法二）［实验目的］1、研究匀加速直线运动的特征并测定物体的加速度。2、学习使用气垫导轨和光电计时仪器。3、学习用图线法处理实验数据。［仪器介绍］1、气垫导轨（AirTrack）气垫导轨用空心铝型材制成。从气源产生的压缩空气进入导轨的空腔中后，从它上表面的许多小孔喷出，在导轨和放在导轨上的滑块间形成气垫层。空气的压强使滑块悬浮起来，滑块运动就不与导轨摩擦，仅受到极小的空气阻力。导轨和滑块的工作面要保持清洁，避免磕碰和相互摩擦，滑块要轻拿轻放，防止变形。导轨旁安装两个光电门（PhotoelectricGate），外形如图4—1甲所示，

2、支架Z上部的两个水平部分各开一孔，A孔中固定红外线发射管，向上射出红外线，被固定在B孔中的光电三极管接收。滑块顶部水平安装挡光器，有条形和U形两种，如图4—1乙、丙所示。滑块运动时，挡光器通过光电门，会遮挡由A射向B的红外线，向计时器送出电脉冲。2、数字式计时器（DigitalTimer）数字计时器有多种型号，基本功能相同。用电缆将光电门接到计时器上，就组成了光电计时系统。常用的功能如下：当任一光电门被挡光时就开始计时，当此光电门被再次挡光或另一光电门被挡光时停止计时。测出的时间由数码管显示，可以有3～6位有效数字，最小示值为0.1毫秒。示值误差为末位

3、数的士1，这是计时器本身的工作原理造成的，操作方法见说明书。滑块位移较长时，应使用条形挡光器与两个光电门配合，如图4—2甲所示。将光电门G1、G2。分别置于位移的起点和终点，以光电门中心定位，a为挡光条的前沿，在a分别对G1和G2挡光的时刻开始和停止计时，测出位移s所经历的时间t。测量结果与挡光条的宽度无关。对于一段很短的位移，应使用U形挡光器与一个光电门配合，如图4—2乙所示，当挡光器的第一前沿a1对光电门G挡光的时刻开始计时，到第二前沿a2对G挡光的时刻停止，a1到a2的距离△s叫挡光宽度，测出的是以光电门中心起点的这段位移所经历的时间△t。挡光宽

4、度△s已给出标称值，偏差一般小于0.2毫米，必要时可用卡尺测量。电脑型计时器具有存贮功能，只需在滑块上安装U形挡光器，按图4—3所示的方式运动，就能在一次运动过程中同时测出它在光电门G1、G2处位移△s所经历的时间△t1，△t2和由G1到G2这段长位移s所经历的时间t，都以第一前沿a1为起始点。光电门的位置由其支架上的指针在导轨旁标尺上的读数确定。为了提高定位准确度，可借助滑块上挡光器边沿对光电门的挡光反应测定。［实验原理］如图4—4所示，将导轨支成斜面，光电门G1、G2分别固定在A、B点，滑块中央安装挡光宽度为△s的U形挡光器。从O点释放滑块测出它分

5、别通过G1、G2的时间面△t1、△t2及由G1、G2的时间t。对于变速运动，比值是平均速度。若选用很小的△s值，则△t也很短，就可以将平均速度近似地作为瞬时速度，于是得到、。将G1固定在A，G2先后放在若干不同的位置，如B、B′……，重复由O点释放滑块，测出若干组t、v值。若滑块做匀加速运动，则由上述数据画出的v一t图线为一条上升的直线。求滑块加速度有多种方法。一是速度一时间法，即依据v一t图线的斜率求；二是速度一位移法，在上述实验过程中再测出G1到G2的距离s，则……………………………（4.1）三是位移一时间法，在上述实验过程中测出两组数据sl、tl

6、和s2、tl，则……………………………………………（4.2）［内容和方法］1、调节气轨。先将横向调正，眼对着横截面，旋动双支脚螺丝，不歪斜即可。再将纵向调平。将未装附件的滑块放在通气的导轨中部旋动单支脚螺丝，直到滑块能自然地静止。2、将厚度合适的垫块放在单支脚下，使导轨成为倾角2°～3°的斜面，下端装好缓冲器。3、选用质量大的滑块，在其中部安装△s最小（标称值1.00厘米）的U形挡光器。使光电门G1位于导轨上部某处，G2位于与G1距离s为50～60厘米的低处，测出s值。试从高于G1的某处释放滑块，观测它经过G2的时间面△t2，改变释放点，使△t2尽量短

7、，但不小于10毫秒并要测出三位有效数字。这样就选定了合适的释放点O。4、G1不动，改变G2的位置，使s从70厘米每次减小约10厘米，重复由O点释放滑块测出五组不同的△t2、t、s值，每组的△t2和t都要重复测三次取平均值。滑块通过G1的时间△t1不受G2位置的影响，取几次测量结果的平均值即可，自行设计表格记录上述数据。若使用非电脑型计数器，测t时要换用条形挡光器，并且必须让它的前沿a与测量△t1、△t2时U形挡光器的第一前沿a1在滑块上的位置相同，最好按图4—5那样，让a1和a都对齐滑块前端。功能较强的电脑计时器能连接四个光电门，使实验操作简化。按前述

8、要求将光电门G1、G2、G3、G4固定在导轨上不同位置，滑块上安装U形挡光器，在一次运动过程中