实验二气垫导轨实验.docx

气垫导轨是为消除摩擦而设计的力学实验仪器，它利用从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，还可以减少机械或的平均速度来近似代替滑行器经过处的速度，所以
【实验步骤】
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，观察其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。细心调节单脚螺旋的升降，直到滑行器基本上可以静止在导轨上任意位置为止。
（2）细调：细调采用单向动调法，接通J0201—0㎝处，然后，将滑行器拉止左端，用手向右轻推，使滑行器以中等速度（30-60㎝/s，-）滑行，数字毫秒计测量出△x经过光电门1和光电门2所用的时间△t1和△t2，反复细心调节单脚螺旋A，使△t1=△t2。由于气垫的粘滞力和空气阻力等影响，滑行器通过两光电门的时间很难完全相等。如果
＜2％
这时，就可以认为气垫导轨已经处于水平状态。
2．测量A′和B′之间的距离A′B′
气垫导轨调平后，在单脚螺旋A下垫一块垫块。将滑行器拉到导轨左端A′处，记录滑行器㎝左右㎝左右）。则。
3．使滑行器从A′处静止状态滑下，测出滑行器经过B′处光电门所用的时间△t1。重复5次，求。
4．用游标卡尺测出垫块高度，沿不同方位测量5次，求出。
5．在单脚螺旋A下垫两块垫块，重复步骤3，求出。
6．重复步骤4，求出。
7．用游标卡尺测出两个挡光区之间距离△x，在不同部位测量5次，求出。
8．计算出。
【测量记录和数据处理】
实验次数
1
2
3
4
5
平均值
％
％
【注意事项】
1．接通气源即有气流输出，泵的出气压力可用选钮调节，请尽量使用低挡位输出，则不仅可以减少噪音、降低功率损耗和出气温度，而且可延长电机寿命。
2．因泵内电机所发热量全靠输出气流带走，故不仅必须保证进气孔上无脏物，亦要保证所用气轨出气畅通，出气温度须小于60℃。
3．准备好实验后再开气源，尽量缩短气泵连续工作时间。
4．导轨工作面和滑行器内表面不要用手触摸。
5．严禁在未通气的情况下将滑行器放在导轨工作面上滑动，以免划伤导轨表面。
【思考题】
如何鉴别气垫导轨已经调平？
2．滑行器势能的减少值并不完全等于滑行器动能的增加值，试分析产生误差的原因？
二、验证牛顿第二定律
【实验目的】
利用气垫导轨测定速度和加速度。
验证牛顿第二定律。
【实验原理】
1．速度的测定
物体作直线运动时，平均速度为，时间间隔或越小时，平均速度越接近某点的实际速度，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，因为当趋向零时也同时趋向零，在测量上有具体困难。但是在一定误差范围内，我们仍可取一很小的，及其相应的，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，挡光片前沿挡光，计时仪开始计时；挡光片后沿挡光时，计时立即停止。计时器上显示出两次挡光所间隔的时间；则是挡光片两片同测边沿之间的宽度。如图1所示。由于较小，相应的也较小。故可将与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。
2．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，即
（1）
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，从光电门的指针可以读出和，这样根据上式就可算得滑行器的加速度。
3．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中，滑行器质量为，砝码盘和砝码的总质量，细线张力为T，则有
（2）
合外力
令M=，则
F=M