用气垫导轨测量速度与加速度.doc

用气垫导轨测量速度与加速度.doc: .
气垫导轨上的实验
测量速度、加速度及验证 牛顿第二运动定律
制作：赵敏福 基础物理实验中心
【实验目的】
1 •学习气垫导轨和数字毫秒计的正确使用。
2掌握在气垫导轨上测量速度和加速度的方 法。
3•研究力、质量和加速度之间的关系。
【实验仪器】
气垫导轨及附件通用电脑计时器气源垫块
【实验原理】
将已经调平的气垫导轨的一端垫上一个厚度为h的垫块，就 得到了一个比较理想的光滑斜面。滑块在倾斜导轨上的运动可视 为匀变速直线运动（忽略了摩擦力和空气阻力）。
1 •速度的测量 物体作直线运动时，其瞬时速度的定义为：
Ax dx
v = lim = （人 彳、
△2。A? dt （4——1 ）
由于滑块上用来测量速度的挡光片总有一定宽度，所以当滑块不 是作匀速运动时，我们不能按（4—1）式来测量岀滑块的瞬时速 度，只能得到滑块在一段时间内的平均速度：
Ax
At
(4—2)
并以平均速度来代替瞬时速度。式中人兀是滑块上挡光片的挡光距 离。
加速度的测量:在气垫导轨上测量加速度依据的是匀变速 直线运动的基本公式：
V = vQ + at (4—3)
(4—4)
vQ2 + 2as
U2 2
V — V
0
las
(4—5)
(4—6)
其中％和「分别为t = o^t = t时刻滑块的瞬时速度，S为滑 块在r时间内的运动距离，即两个光电门之间的距离，。为 滑块的加速度：
h
a = g・sin 0 = g.— ( 4—7 )
式中g时重力加速度，L是导觥下端单支脚到双支脚连线的 垂直距离。
［实验内容］
1 •接通光电计时系统，计时器功能选择在S2 位置。
2接通气源，调节导轨呈水平状态。
先用静态调节法使导轨基本水平，然后从 导轨一端给滑块一定的初速度（推一下滑 块），用动态调节法使导轨处于水平状态。
3•测量速度和加速度。
【仪器用具】
气垫导轨、大小滑块、光电门、垫块、毫秒计、电子天平、 游标卡尺、刻度尺
・气垫导轨是利用气源将压缩空气吹入导轨管腔，再 由导轨表面上的小孔喷出气流，在导轨与滑块之间 形成很薄的气膜将滑块浮起，使滑块能在导轨上作 近似无阻力的直线运动，使实验结果更接近理论值。
・导轨工作面和滑块内表面有较好的光洁度，且二者 精密吻合。使用前要用酒精擦拭干净。使用时要先 通气，再把滑块放入气垫导轨上。严禁在未通气前 就将滑块放在导轨工作面上滑动，以免擦伤导轨表 面。使用完毕后，应先取下滑块，然后再关闭气源, 注意不要用硬物碰伤导轨和滑块的工作面。
图为M UJ—6B电脑通用毫秒计前而板不意图。
1-…测量频率输入口 2 显示屏3 功能转换指示灯
4-…测量单位指示灯5 功能选择复位键6 数值转换键
7— 取数键8— 电磁铁
图为M UJ—6B电脑通用毫秒计后而板不意图。
* 1-…P1光电门插口 （外侧兼电磁铁插口）
・2…- P2光电门插口
* 3-…频标输岀插口 4'■…电源开关
* 5—电源线。
•功能转换键：用于功能的选择及对显示数据的取 滴或复彳立。先清零复彳立，后转换功能。
•数值转换键：用于挡光片宽度设定及测量单位的 蒔撫。每次开机时，扌当晃升宽度百动设定％ 。当所用挡光 片宽度与设定的挡光片宽度数值不相符时，可重 新设定。在已吞入实盛数据的情况下，按住薮值 转换键不放，就可重新选择所需要的挡光片宽度, 否则速度和加速度的数值将是错误的。新设定的 数他将保留到关闭电源为止。
•数值提取键：做完实验后，数据自动存入该键。 当存储满后，实验数据不再存入，可用此键提岀 前几次实验值。取完数据后，可用功能复位健改 变实验功能及改变挡光片设定宽度的方法实现复 位清零。
［功能测量］
1 •计时(s):测量P1或P2两次挡光时间间隔及滑块通过两光电门的速 度。
(1) 连接好光电门，功能设定在计时状态。
(2) 让带有U型挡光片的滑块通过光电门，即可显示需要测量数据。
(a)：测量滑决通过每个光电门的速度和通过相邻光电门 的时间或这段路程的加速度。
(1) 功能设定在加速度状态。
(2) 在使用两个光电门的情况下，让带U型档光片的滑块通过光电
门，