实验四 倾斜气垫导轨上滑块运动的研究

1、实验四 倾斜气垫导轨上滑块运动的研究 实验目的1. 用倾斜气垫导轨测定重力加速度 2. 分析和校正实验中的系统误差 实验仪器 气轨 滑块 光电门 通用电脑计时器 游标尺 垫块   导轨介绍：导轨由中空三角铝材制成。轨面两侧各有两排直径为 0 。 4 到 0 。 6mm 的喷气孔。导轨一端装有进气嘴，当压缩空气进入管腔后，就从小孔喷出，在轨面与轨上滑块之间形成空气膜，此即气垫。将滑块从导轨上托起约 0 。 15mm ，从而把滑块与导轨之间接触的滑动摩擦变为空气内部层之间的内磨擦，极大地减小了磨擦力的影响。   滑块介绍：它用角形铝材制成，其两侧内表面和导轨面精密吻合。滑块两端

2、装腔作势有缓冲器，其上面可安置挡光片或附加重物   通用电脑计时器：它由单片微处理器，程序化控制，是一种最新设计的智能化仪器。下面主要介绍面板各个部位的功能和操作 前面板 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 后面板 1-P1光电门插口（外侧兼电磁铁插口） 2-P2光电门插口 3-频标输出插口 4-电源开关 5-电源线。 功能键 -用于十种功能的选择及取消显示数据。如按下功能键前，光电门遮过光，则清O，功能复位。如没有遮过光，则按功能键可以选择你所要的测量，到那个部位时，这个

3、灯亮说明现在选择了这个亮灯的测量。 转换键 -用于测量单位的转换。（选择挡光片宽度） 使用气垫导轨时的注意事项： （ 1）防止碰伤和滑伤导轨表面 （ 2）检查气孔时可以用一小纸片放在上面看是否通畅 （ 3）使用前最好先用酒精擦拭导轨外表面和滑块的内表面 （ 4）未通电时严禁手持滑块在导轨上滑动 （ 5）实验后要在通气的情况下取下滑块，然后用布罩保护。 原理   倾斜轨上的加速度 a与重力加速度g的关系 设导轨倾斜角为 ，滑块质量为m，则有 ma=mg sin -（5-1） 上式只有滑块滑动中不存在阻力的前提下才成立。实际上滑块在气轨上运动中仍然有阻力，阻力来原于空气层的内摩擦，其阻力

4、和平均速度成比例即 F=bv -（5-2） 上式中的比例系数 b称为粘性阻尼常量。考虑到这个力，式（5-1）应为 ma=mgsin-bv 整理后，重力加速度 g等于 g=（a+bv/m）/ sin-（53）本实验正是要依据式53来求重力加速度。   导轨的调平 调平导轨是将平直的导轨调成水平方向，但是，实验室现有的导轨都在一定的弯曲，因此调平的意义是指将光电门 A和B所在的两点调到同一水平线上。如图 假设导轨上 AB两点在同一水平线上，则在AB间运动的滑块因导轨弯曲对它运动的影响可以抵消，但是滑块与导轨还存在少许的阻力所以以速度通过A门的滑块，达到B门时，速度v B， 将有以下结果：

5、 v A v B - （54） 由于阻力形成的速度损失等于 V=bs/m.式中了为粘性阻尼常量，S为光电门AB间的距离，m为滑块的质量。参照上述讨论可以提出如下检查调平的要求：   滑块从 A-B运动时，由于挡光片宽度相同，因此时间上也有相反的关系。   由 A到B运动时速度的损失和B到A的速度损失应当尽量接近。（通常b的值在25 X 10 -3 千克每秒间）   求阻尼常量 b 调平气轨后，测量两个方向的速度损失，然后按下式计算 b=m/s （V AB + V BA ）/2 -（5-5） 测量速度的变化量时一定要滑块速度小，且推动时要注意使它平稳。   加速度 a的测量 测量加速度可以由下式计出 a=d/（t AB -t A /2+t B /2）（1/t A -1/t A ） 式中 t A t B 为滑块挡光片通过AB 门的时间长度，t AB 为挡光片第一前沿由A门到B门的时间。 实验过程 ：首先调平气轨，然后测出 b 将气轨的一端垫高，测出垫高的高度H和垫点和另一支点的直线距离L 由于 sin =H/L 从而由下式算得当地的g g = （a+bv/m）/ sin 多垫几次不同的高度垫块，从而多算得几次a，这样就可以得到多个g