气垫导轨实验探究牛二

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1、二、探宄牛顿第二定律【实验目的】1.利用气垫导轨测定速度和加速度。2.验证牛顿第二定律。3.了解气垫导轨的构造，掌握它的调平方法。［仪器简介］气贽导轨导轨表面小孔喷出的压缩空气，使导轨表面与滑行器之间形成一层很薄的“气垫”将滑行器浮起，使运动时的接触摩擦阻力大为减小，从而可以进行一些较为精确的定量研究。工业上利用气垫技术，还可以减少机械或器件的磨损，延长使用寿命，提高速度和机械效率，所以，气垫技术在机械、纺织、运输等工业生产中得到广泛应用，如气垫船、空气轴承、气垫输送线等。1.光呶门廉滑块近气W图丨气垫导轨

2、气垫导轨是一种力学实验装置，它主要由空腔导轨、滑行器、气源和光电门装置组成，如图1所示。滑行器导轨是用一根平直、光滑的三角形铝合金制成，固定在一根刚性较强的钢梁上。导轨长为1.5m,轨面上均匀分布着孔径为0.6mm的W排喷气小孔，导轨一端封死，另一端装有进气嘴。当压缩空气经管道从进气嘴进入腔体后，就从小气孔喷出，托起滑行器，滑行器漂浮的高度，视气流大小及滑行器重量而定。为了避免碰伤，导轨两端及滑轨上都装有弹射器。在导轨上装有调节水平用的地脚螺钉。双脚端的螺钉用来调节轨面两侧线高度，单脚端螺钉用来调节导轨水平

3、。或者将不同厚度的贽块放在异轨底脚螺钉K,以得到不同的斜度。导轨一侧固定有毫米刻度的米尺，便于定位光电门位置。滑轮和砝码用于对滑行器施加外力。滑行器是导轨上的运动物体，长度为156mm,也是用铝合金制成，其下表面与导轨的两个侧面精密吻合，根据实验需要，滑行器上可以加装挡光片、加重块、尼龙扣、弹射器等附件。气源为专用气泵，用气管与导轨连接。光电计吋装置由光电门毫秒计组成。J0201-CHJ存储式数字毫秒计采用单片微处理器，程序化控制，可用于各种计时、计数、测速度等，并具备多组实验数据的记忆存储功能。仪器面板如

4、图2所示。1）数据显示窗口：显示测量数据、光电门故障信息等。2）单位显示：［si、［ms］、cm/sb［cm/s2］或不显示（计数时不显示单位）。3）功能选择指示：C一计数a—加速度Si—遮光计时g—重力加速度S2一间隔计时Col一碰撞T一振子周期Sgl一时标4）【功能】键：功能选择。5）【清零】键：清除所有实验数据。6）【停止】键：停止测量，进入循环显示数据或锁存显示数据。7）【6V/同步】：与J04217自由落体试验仪或J04227斜槽轨道配合使用。1号光电门输入插座、2号光电门输入插座及电源开关在仪器

5、的后板上。【实验原理】1.速度的测定物体作直线运动时，平均速度为=时间间隔或ZVv越小时，平均速度越接At近某点的实际速度，取极限就得到某点的瞬时速度。在实验中直接用定义式来测量某点的瞬时速度是不可能的，因为当AZ趋向零时Ar也同时趋向零，在测量上有其体困难。但是在一定误差范围内，我们仍可取一很小的AZ,及其相应的Av,用其平均速度来近似的代替瞬时速度。被研究的物体（滑行器）在气垫导轨上作“无磨察阻力”的运动，滑行器上装有一个一定宽度的挡光片，当滑行器经过光电门时，捫光片前沿挡光，计时仪开始计时；挡光片后沿

6、挡光时，计时立即停止。计时器上显示出两次挡光所间隔的时间AZ;Ar则是挡光片两片同测边沿之间的宽度。如阁1所示。由于Ar较小，相应的AZ也较小。故可将Ay与AZ的比值看作是滑行器经过光电门所在点（以指针为准）的瞬时速度。1.加速度的测定当滑行器在水平方向上受一恒力作用时，滑行器将作匀加速直线运动。其加速度由公式2?-%2=26Z(X-%0),BPv_Vo"门、a=(1)2(x-x0)得到。根据上述测量速度的方法，只要测出滑行器通过第一个光电门的初速度％,及第二个光电门的末速度7＞，从光电门的指针可以读出x(

7、)和;C,这样根据上式就可算得滑行器的加速度1.验证牛顿第二定律牛顿第二定律是动力学的基本定律。其内容是物体受外力作用时，物体获得的加速度的大小与合外力的大小成正比，并与物体的质量成反比。图2图2屮，滑行器质量为m,验证牛顿第二定律砝码盘和砝码的总质量细线张力为T，则有m2t?-T=m2aT=m'a(2)合外力F=m2,g=(zn1+m2)6z令，贝ljF=Ma(3)在恒力(F保由推得的公式可以看出：F越大，加速度也越大，且f为一常量a持不变)作用下，M大的物体，对应的加速度小，反之亦然。由此可以验证牛顿第

8、二定律。其中加速度6Z由公式(1)求得。【实验内容】1.调平气垫导轨。应将气垫导轨的纵横两个方向都调平。横向调平时细心调节双脚螺旋B中的一个螺旋的升降，直到滑行器与导轨两测的间隙相等为止(已由实验室调好)。纵向调平时，调节单脚螺旋A的升降，先粗调，后细调。(1)粗调：打开气源，使滑行器浮起，将滑行器先后放在导轨左端和右端，由静止释放，观察苏是否向左右自行滑动，若向某个方向滑动，就表明导轨未调平，该方向低。细心调节