气轨(实验指导书)

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1、物体速度、加速度的测量实验指导书实验名称：物体速度、加速度的测量—、实验目的1.学会使用气垫导轨和数字毫秒计。2.掌握测量速度和加速度的方法。二、实验仪器气垫导轨、数字毫秒计、挡光板、光电门、滑块、垫块三、实验原理力学实验遇到的最人难题是运动体与支承面的直接接触产牛的摩擦力，它严重地限制了力学实验的准确度，为了避免运动物体与支承面的玄接接触，人们使它们之间产生一层薄薄的空气膜（气垫导轨的气垫厚度为10-200^）,这就是气热技术（用气体把运动物体“梨”起来）。其最大特点就是低摩擦。这一技术在实际中已得到广泛应用。如气犁船

2、、气垫轴承等。在力学实验中，它可用于平均速度、瞬时速度、加速度、力的测定，还可用于验证牛顿定律、动量守恒、机械能守恒以及弹簧振子的振动、阻尼系数、磁力能的测定等。1•速度的测量物体做直线运动时，如果在“时I'可间隔内通过的位移为心，则物体在△/时间内的平均速度为7=竺当&f0时，平均速度的极限就是该时刻（或是该位置）的瞬时速度V=但是在实际测量屮，记时装迸不可能记下d-o的时间，因而用此式直接测得速度是难以实现的。由于在水平气轨上运动的滑块所受合外力为零，因此在比较小的心范围内滑块的速度变化不人，所以在一定的谋差范围内可

3、以把7看作是滑块在某一点处的瞬时速度。要想测出7,就必须测出心和时间△/,如何测量呢？因为△/很短才行，这样就给实验带來因难。人们利用光电控制计时系统配以合适的挡光片进行测量。当滑块在气垫导轨上运动时，通过测量滑块上的挡光板经过光电门的扌当光时间A/和测量挡光板的宽度At,即可求出滑块在A/时间内的平均速度V。由于挡光板宽度比较窄，可以把平均速度近似看成滑块通过光电门的瞬吋速度。挡光板越窄，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2.加速度的测量在水平气轨上的滑块，如果受到水平方向的怛力

4、作用，则滑块在气轨上做匀加速度运动。在气轨屮部选一段距离S,在S的两端设置两个光电门，分别测出滑块通过两个光电门的初速度V

5、,末速度V2,则滑块的加速度a为：V?-V.2a=—2S在水平的气垫导轨的倾斜度调节螺丝下面，垫进垫块，使导轨倾斜，滑块在斜而上所受到的合力为mgsin是一个常最，因此，滑块作加速肓线运动，即a=gsin6Z=gh/Lo式中L为导轨的脚螺丝间的距离,h为垫块的厚度。由上面两式可得，Ui1）对照实验讲义和预习内容，先花人约10-15分钟的时间熟悉仪器。2）了解实验要点及注意事项，对照实物进一步了解实验

6、原理。五、实验过程1）数字毫秒计连接1.将数字毫秒计开关打开，显示屏上显示“P”，表示数字毫秒计处于待测状态。2.将“输入选择开关”键置于白炽灯，光电门上的小灯珠亮。3.将“功能/修改”键置于Pi。4.将“时标/预置”键置于O.lms（即显示屏上的左边第1位）。5.用铅笔杆对任一光电门作短暂挡光，毫秒计开始计时，显示屏上左边第1位出现“一”杆，若再挡一下光，毫秒计就显示数据，表示毫秒计光电系统正常T作。6.按复位键更换方式。然后重新选用“功能/修改”键设定仪器的测量方式。2）调节气垫导轨水平1.滑块静止判断法：通气后将滑

7、块置于导轨上的任何位置，若滑块都能静止不动（或基本上不动），则可以认为导轨己调平，否则，继续调单脚螺丝，直到水平为止。2.滑块运动判断法：将“功能/修改”键置于P2方式，滑块插上空心挡光板，让运动的滑块以一定的速度先示通过相距约50cm的两个光电门，若毫秒计上显示的两个时间（E】、E2）近似相等，则町以认为导轨已调水平，否则要继续调节螺丝，直到水平为止。3）滑块运动速度测量1.在导轨的一端热上一块厚1.00cm的热块，使导轨倾斜。2.调整光电门的位置。将光电门置于标尺100.00cm处和置于标尺50.00cm处，使S=5

8、（）.0（）cm。3.讣滑块从导轨的高端自由滑卜•，测出滑块经过第一个光电门和第二个光电门的挡光板时间0和△『2（用空心拦光板，挡光板的宽度为X）。重复测量。4.将二块厚1.00cm的垫块垫到导轨的另一端，按照步骤3再重复测量。六、实验注意事项1.气轨是较精密仪器，实验中必须避免导轨受碰扌竜、摩擦而变形、损伤，没冇给气轨通气时，不准在导轨上强行推动滑块。2.实验时滑块的速度不能太大，以免在与导轨两端缓冲弹簧碰撞后跌落而使滑块受损。2.数字毫秒计是精密仪器，使用前应仔细阅读有关附录，如果仪器发空故障，要及时向教师反应，不得

9、白行随意乱按面板按键。七、实验参考数据数据处理：Ar=0.005cmAL=0.005mA/?二0.005cm△$=0.05cm(或H二3.000cm△/?二0.005cm)X=l.000cmL=l.350mH二2.000cmS=50.00cmA/=0.0005sx—L（v22-vr）r丿防飞^二—1•在气垫导轨左端垫