实验二气垫导轨上的实验上课讲义

1、实验二气垫导轨上的实验精品资料实验二 气垫导轨上的实验气垫导轨是为消除摩擦而设计的力学实验的装置，来自气源的气在开有密 集小孔的导轨表面产生一层气垫。物体运动在气垫上，避免物体与导轨的直接 接触，很大程度上减少了物体与导轨表面的摩擦。利用气垫导轨可以进行许多 力学实验，如测定速度、加速度，验证牛顿第二定律，动量守恒定律，研究简 谐振动等。【实验目的】1利用碰撞特例验证动量守恒定律。2、学习使用气垫导轨和数字毫秒计。【实验仪器】实验装置如图1所示，主要由气源、气垫导轨、滑块（上面装有档光 片）、光电计时系统（光电门、数字毫秒计）组成。图1气垫导轨实验示意图实验室用“吹尘器”作气源。气垫导轨简称气

2、轨，是一条横截面为三角形的空芯轨道，轨道表面分布着 许多小气孔。气轨一头封闭，另一头装有进气嘴，气流从进气嘴流入，通过小 气孔喷出，当滑块置于气垫之上时，滑块与轨道之间形成气垫，将滑块浮起， 滑块的运动可视为是无摩擦的（气垫的两端装有缓冲弹簧，以免滑块冲出）。 整个导轨安置在矩形梁上，梁下有三个用来调节水平的底脚螺丝。（3）滑块m、m2 （ mi2m2 ）是实验中相互碰撞的两物体， mi、m?滑块的内表面可与气轨密切配合；上部装有“凹”字形的档光片，mi 端装有缓冲 弹簧，另一端粘有尼龙搭扣， m2 一端粘有尼龙搭扣，另一端为光滑端。（4）光电计时测速系统由光电门、数字毫秒计（包括滑块上的档光

3、片）组 成。光电门是计时系统的信号接收装置，主要由安装在支架上的小聚光灯和光 敏管组成，也有使用红外发光二极管和红外光敏三极管组成的光电门。聚光灯 和光敏管对置于轨道两侧，工作时聚光灯发光，光敏管接收光电信号。利用光 敏管所接收的光照变化来控制毫秒计的“计”和“停”，实现计时。光电计时器在本实验的工作特点是：光敏管第一次被遮光，开始计时，第 二次被遮光，计时停止，故计时器记录的是两次遮光的时间间隔。固连于滑块上的挡光片的有效部分为“凹”字形铝片，当挡光片随同滑块 通过光电门时，就使光敏管受到两次遮光，从而使计时器记下一段时间t与此段时间对应的挡光片的有效宽度x，如图2所示。运动方向图2档光片运

4、动示意图 于是滑块通过光电门的平均速度为(1)X不大，可将v近似地视为瞬时速度。本实验中，mi、m2上的挡光片的有效宽度分别为Xi 3.00 cm、X2 1.00 cm.毫秒计的用法此处不再详述。【实验原理】二、速度与加速度物体作直线运动时，如果在 t时间间隔内，通过的位移为 x，则物体在 t的时间间隔内的平均速度V为：(8)当t趋近于零时，平均速度的极限值就是该时刻（或是该位置）的瞬时速 度。当滑块在气垫导轨上运动时，通过测量滑块上的档光片经过光电门的档光 时间t与档光片的宽度 x （见图2）,即可求出滑块在 t时间内的平均速度 V。由于档光片宽度比较窄，可以把平均速度近似地看成滑块通过光电

5、门的瞬时 速度。档光片愈窄，相应的 t就愈小，平均速度就更为准确地反映滑块在经过 光电门位置时的瞬时速度。本实验中，滑块上的 U型挡光片的宽度为xi 3.00 cm,条形挡光片的宽度为X2 1.00cm在水平气轨上的滑块，如果受到水平方向的恒力作用（这个恒力由加上质 量为m的重物来提供），则滑块在气轨上作匀加速度运动。分别测量滑块通过 两个光电门时的初速度Vi和末速度V2，并测出两个光电门的间距 S,则滑块的加速度a为:2 2（9）（10）（11）V V2 a2S又设重物的质量为M，滑块的质量为m,根据牛顿第二定律有:Mg=（m+ M）a则(m M )aM【实验步骤】二、速度、加速度的测量1

6、检查光电门，使存储式数字毫秒计处于正常工作状态（电脑计时器的使 用参看说明书）。2 观察匀速直线运动一一测量速度轻轻推动滑块，观察滑块在气轨上的运动，包括和气轨两端的缓冲弹簧的 碰撞情况。分别记下滑块经过两个光电门时的速度 Vi和V2,试比较Vi和V2的 数值，若Vi和V2之间的差别小于Vi （或V2）的1 %时，则导轨接近水平，此 时可近似认为滑块作匀速直线运动；若 V1和V2相差较大，可通过调节导轨底 座螺钉使导轨水平。熟悉测量滑块的速度。3 气垫导轨调水平后，根据表 2测量滑块在导轨上作匀速直线运动时任一 位置处的瞬时速度V。4.加速度的测量（1）在滑块的一端利用挂钩的丝线加上质量为m的

7、物体，让滑块在物体的重力作用下运动，记录滑块经过两光电门后计时器所显示的时间t1、t2或即时 速度V1、V2（取决于电脑计时器的功能），其中V X/t1，V2 X/t2 （ X为挡 光片的计时宽度）。将数据记入表 3中，则滑块运动的加速度a可按式（9）计 算。（2）利用天平分别测出滑块与物体的质量，根据式（11）求重力加速度g。【数据记录与处理】3.速度、加速度的测量数据记录表如下表2、表3表2速度的测量数据待测量 次数x (m)t (s, ms)V(m/s)123456平均值表3加速度的测量数据待测量次数x (m)ti(s， ms)t2(s，ms)a(m/s2)123456【注意事项】1使用气垫导轨时，切勿频繁用手触碰导轨，以免加大导轨摩擦力。2进行测量时，应保证导轨先通气，再放滑块。3.气泵勿长时间工作，容易发热