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气垫导轨上测量速度和加速度————————————————————————————————作者:————————————————————————————————日期: 实验三气垫导轨上测量速度和加速度【目的】。、瞬时速度和加速度的方法。、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:(2-13)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S的2个光电门的始末速度和,则滑块的加速度:(2-14)根据牛顿第二定律F=ma(2-15)如图2-11所示,水平气轨上质量为M的滑块A,用细绳通过轻滑轮B与砝码C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A,根据牛顿第二定律有T=Ma(2-16)式中T为绳子的张力,对于质量为m的砝码,根据牛顿第二定律有mg-F=ma (2-17)图2-11验证实验装置由式(2-16)和式(2-17)得mg=(M+m)a(2-18)式(2-18)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(2-18)成立,亦即验证了牛顿第二定律。,研究外力与加速度的关系由式(2-18)得:(2-19)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该直线过坐标;③该直线的斜率,则式(2-19)成立。,研究系统质量与加速度的关系由式(2-18)得:(2-20)实验可得对应于不同M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b=k2=mg,则式(2-20)成立。【仪器】气垫导轨,数字毫秒计。【实验内容与步骤】,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U型挡光板的滑块上,放4~5个砝码(),将滑块放在导轨上轻轻推一下,使之来回运动,,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