气垫导轨上测量速度和加速度.docx

实验三气垫导轨上测量速度和加速度
【目的】
学习气垫导轨和数字毫秒计的正确使用。
掌握在气垫导轨上测量平均速度、瞬时速度和加速度的方法。
研究力、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，使导轨表标，a为横坐标，在直角坐标系上做出m-a关系曲线，从图线求出其斜率b,将b与（Mm）/g比较，求百分偏差。
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研究系统质量和加速度的关系
以Mm为纵坐标，1/a为横坐标，做Mm1/a关系曲线，从图线求其斜率b,将b与mg比较，求百分偏差。
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【注意事项】
调节导轨水平的程度是做好实验的关键。如导轨上装有水平仪，可调节螺母观察水平仪显示状态。当导轨水平时，滑块在水平方向上所受的合外力为零，此时滑块静止，或者作匀速直线运动，但是，因为气轨的加工不可能绝对平直，滑块也难以完全静止，如轻轻推一下滑块，则滑块从一端向另一端运动，先后通过2个光电门的时间ti和t2应相等，由于空气阻力，滑块速度缓慢减小，经过后一个光电门的时间总比经过前一个光电门的时间长，经仔细调节，使滑块经过2个光电门的时间相差不超过1%,至少在朝滑轮方向运动时满足这一要求，这时可视为导轨已调水平。
滑块通过某一位置的速度，是借助于光电门和数字毫秒计测量的，当滑块上的挡光板垂直通过光电门时，数字毫秒计将显示宽度为L的挡光板的遮光时间，或相距L的2次遮光之间的时间间隔，即滑块由该位置运动了距离L所用的时间，滑块的速度v日,是滑块在距离L的平均速度。对于匀速直线运动，因速度处处相等，平均速度就是任意位置的瞬时速度，对于匀加速直线运动，只有当L0(t0)时，才是该位置的瞬时速度，因此，在匀加速直线运动时，必须使挡光板的宽度或2次挡光间的距离尽量小，所测出的速度才能代替瞬时速度。
在恒力作用下，滑块作匀加速直线运动，其加速度由滑块通过相距为S的任意2个光电门的始末速度，按式2-14计算，因为是匀加速直线运动，平均加速度就是它的瞬时加速度，因
此，加速度的测量值与2个光电门的位置无关。
验证牛顿第二定律是根据F=ma这一经典公式，式中F是系统所受的合外力，本实验中，除包括所施的外力外，还应包括略去的滑轮摩擦力和空气阻力。m是系统的总质量，除包括滑块、重物、缺码及盘的质量外，还应包括略去的绳子质量和滑轮的折合质量，a是与F相应的瞬时加速度，对于匀加速直线运动，平均加速度等于瞬时加速度，本实验可以看成是匀加速直线运动，验证从两方面着手：①保持系统质量不变，研究力与加速度的关系，为了保持系统质量不变，改变力时是将滑块上的小缺码取下，放入施给滑块拉力的石去码盘中，或把缺码盘中的缺码取出后放到滑块上；②研究恒力作用下系统质量与加速度的关系，要保持合外力不变，石去码盘中的石去码不能变，通过改变滑块上铁块数目来改变系统的质量，任何时候，系统的总质量都应包括石去码和石去码盘的质量。
【仪器描述】气轨
气轨是一种力学实验装置，利用从导轨表面的小孔喷出的压缩空气，使气轨表面与气轨上的滑块之间形成了一层很薄的“气垫”。这样，滑块在导轨表面运动时，就不存在接触摩擦力，只有小的多得空气粘滞力和运动时周围空气的阻力，几乎可以看成是无摩擦运动。使用气轨可以大大减少力学实验中难于克服的摩擦力的影响，使实验效果大大改善。目前，气垫技术在很多部门得