斜面加速度试验.doc

實驗一 斜面加速度運動目的 利用光電閘研究物體在無摩擦斜面上的運動。原理 本實驗之基本原理相當容易。試考慮一質量為的物體在一與水平面斜角為的無摩擦斜面上(如圖1)。 此物體的運動由重力沿斜面方向的分量決定,的大小為: , (1) , (2)其中h、s分別為斜面的高度與長度(見圖1)。 由牛頓第二運動定律 。(3)圖1合併(1)(3)可得物體沿斜面之加速度, 。(4)(2)代入(4)可得 。(5)儀器 氣墊軌道及滑行體、光電閘組、墊高用圓鐵塊、全對數紙、方格紙。圖2b. 本實驗有二主要儀器:一是氣墊軌道,一是光電閘。氣墊軌道原理和氣墊船類似,物體與斜面用一層氣墊隔開以減少摩擦力。圖2a. 光電閘基本上是由一個紅外光發射器(E)和一個紅外光偵側器(D)所構成(圖2a.),當一物體經過E、D之間,光路被物體遮斷,D測不到E發出之訊號。-D光路在D所測得之光訊號,在時,物體前端擋住E-D光路;在時,物體末端離開E-D光路,物體行經E-D之間的時間為。可由電子電路C讀出,此外C也可讀出物體經過不同光電閘所經之時間(實際光電閘之使用方法詳見附錄1-1)。方法緩衝器緩衝器氣墊軌道送風機光電閘I光電閘II 實驗裝置如圖3,斜面是由一端墊鐵塊(高h)的氣墊軌道擔任,光電閘Ⅰ和Ⅱ可測滑行體經過不同位置的時間和速度。圖3氣墊軌道裝置圖圓鐵塊滑行體 請注意,本實驗中滑行體之有效長度為其上所載遮光板的長度,因為滑行體只有這部分經過光電閘之光路。遮光板經光電閘Ⅱ之時間可測得,滑行體之瞬時速度可以來做近似。固定光電閘Ⅰ,並使物體由光電閘Ⅰ從靜止開始滑落,移動光電閘Ⅱ到不同位置,我們可測得,對時間的函數,由此可求得加速度及重力加速度。步驟注意事項:a. 勿刮傷軌道表面。先打開送風機,使軌道表面的氣體足以支撐滑行體的重 量,切勿再這動作前,將滑行體置於氣墊軌道上滑動。b. 使用送風機送風時,開關旋鈕約轉至“4”;關閉時,旋鈕轉至“0”。c. 光電閘使用後記得關機,以避免乾電池枯竭。1. 以送風管連接送風機和軌道,將滑行體置於軌道中央,打開送風機同時調整 A、B旋鈕(如圖3所示)使中間的滑行體能靜止不動,如此即達水平校 正。再以鐵塊墊高尾端即形成一無摩擦之斜面。2. 將光電閘組裝置位置如圖4所示。光電計時器設定功能6。(參照附錄2-1了解使用方法)3. 將光電閘Ⅰ置於圓鐵塊上坡位置,移動光電閘Ⅱ至距光電閘I15cm處,即x=15cm,將滑行體的遮光板恰好座落在光電閘Ⅰ上坡處,使滑行體由Ⅰ處自靜止開始滑落,記錄下時間。光電閘II光電閘I圖4光電閘組裝置圖4. 按光電計時器按鈕〝