气轨上的物理实验

气轨上的物理实验第1页/共15页一、实验仪器简介气垫导轨由导轨、滑行器及有关实验附件组成。利用小型气源将压缩空气送入导轨内腔，空气再由导轨表面上的小孔中喷出，在导轨表面与滑行器内表面之间形成很薄的气垫层。滑行器就浮在气垫层上，与轨面脱离接触，因而能在轨面上做近似无阻力的直线运动，极大地减小了由于摩擦力引起的误差。第2页/共15页存储式数字毫秒计与数字计时器存储式数字毫秒计与存储式数字计时器具有存储功能，可做计时、计数等使用。它还可与J2125型气垫导轨配合使用，来测量速度、加速度等物理量，并直接显示实验的速度和加速度的值。第3页/共15页二、实验目的熟悉气轨的构造、性能，掌握气轨的调节及操作方法。学习在气轨上测定速度加速度。验证牛顿第二定律。掌握数字毫秒计，正确记录数据。第4页/共15页三、实验原理B:完全非弹性碰撞:如果两个滑块碰撞后一起以相同的速度运动而不分开，就称为完全非弹性碰撞。碰撞前后系统的动量守恒，但机械能不守恒。动量守恒定律有A:弹性碰撞:弹性碰撞的特点是碰撞前后系统的动量守恒，机械能也守恒。（1）验证动量守恒定律第5页/共15页尽管像这样用平均速度代替瞬时速度会产生一定误差，但只要物体运动速度较大而加速度又不太大，这种误差也不会太大。物体做直线运动时，其瞬时速度定义为：根据这个定义，瞬时速度实际上是不可能测量的。因为当时，同时有，测量上有具体困难。我们只能取很小的及相应的，用其平均速度来代替瞬时速度，即（2）测量滑块运动的瞬时速度第6页/共15页（3）测量滑块运动的加速度在实验中使用的毫秒计只能从0时刻开始计时，运动方程为：第7页/共15页

实验时，让滑块由导轨最高端（或某一固定位置）静止自由下滑，即可测得不同位置S0,S1,S2,．．．．．处各自相应的速度和加速度值，如图所示。第8页/共15页四、实验内容与操作步骤（一）验证动量守恒定律A、在弹性碰撞情形下在质量相等（即m1=m2）的两个滑块上，分别装上弹性碰撞器。将滑块m2置于两个光电门之间，令其初速度等于零。将滑块m1放在气轨任一端，令其运动，经过第一个光电门记录碰前速度为v10。两滑块相碰后，m2滑块以速度v2向前运动，滑块m1以速度v1运动，测出两滑块碰后运动速度v1和v2。重复（2）步，进行多次测量。列表记录弹性碰撞前后的各个速度，计算碰撞前后的总动量。验证动量守恒定律。第9页/共15页B、在完全非弹性碰撞情形下（1）在质量相等（即m1=m2）的两个滑块上，分别装上完全非弹性碰撞器（尼龙塔）。（2）将滑块m2置于两个光电门之间，令其初速度等于零。将滑块m1放在气轨任一端，令其运动，经过第一个光电门记录碰前速度为v10。两滑块相碰后，两滑块以相同的速度v向前运动，当m2经过第二个光电门时记录的速度就是两滑块相撞后的速度v。（3）重复（2）步，进行多次测量。（4）列表记录弹性碰撞前后的各个速度，计算碰撞前后的总动量。（5）验证动量守恒定律。第10页/共15页（二）验证牛顿第二定律1、测量滑块在倾斜导轨上作匀加速直线运动时任一位置处的瞬时速度v（1）在倾斜导轨上任一位置处放置一光电门。（2）使滑块从导轨最高处（或某一固定位置）静止自由下滑，由存储式数字毫秒计测出滑块经过光电门的速度，进行多次测量，取平均值。（3）改变滑块的位置，再自由释放，然后重复步骤（2）。2、加速度的测量（1）在倾斜气轨上任意两个位置处放置两个光电门。（2）使滑块从导轨最高处（或某一固定位置）静止自由下滑，由存储式数字毫秒计测出滑块在两个光电门之间经过时的加速度a，进行多次测量，取平均值。（3）改变滑块位置，再自由释放，然后重复步骤（2）。3、验证牛顿第二定律第11页/共15页五、注意事项1.气孔不喷气时，不准将滑行器在导轨上来回滑动。2.每次实验前,都要把气轨调到水平位置。包括纵向和横向水平。否则滑行器就不能顺利地滑行。3.气轨表面不允许有尘土污垢，使用前需用干净棉花蘸酒精将轨面和滑行器内表面擦净。4.接通气源后，须待导轨空腔内气压稳定、喷气流量均匀之后，再开始做实验。

第12页/共15页5.导轨与滑行器配合很严密，轨面和滑行器内表面有良好的直线度、平面度和光洁度。所以，轨面和滑行器内表面要防止磕碰、划伤和压弯。6.在气垫导轨上做实验时，配合使用的另附件很多，要注意将零附件放在专用盒里,不要弄乱。尤其各种螺旋弹簧，纠缠在一起后很不容易分开，软弹簧还容易损坏。轻质滑轮、挡光框以及一些塑料零件，要防止压弯、变形、折断。7.不做实验时,导轨上不准放滑行器和其它东西。第13页/共15页六、思考与讨论1．用平均速度代替瞬时速度的依据是什么？必须保证哪些实验条件？2．如果没有天平，我们是否能用气轨与存储式数字毫秒计来测出物体质量？简述其步骤。3．如果滑块在运动中受到一定的阻力作用，那么实验测得的加速度是否为滑块真实的加速度（在误差范围内）？