实验二气垫导轨上的实验

实验二气垫导轨上的实验气垫导轨是为除去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，防止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。利用气垫导轨能够进行很多力学实验，如测定速度、加快度，考证牛顿第二定律，动量守恒定律，研究简谐振动等。【实验目的】1、利用碰撞特例考证动量守恒定律。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（上边装有档光片）统（光电门、数字毫秒计）构成。

、光电计时系图1气垫导轨实验表示图实验室用“吹尘器”作气源。气垫导轨简称气轨，是一条横截面为三角形的空芯轨道，轨道表面散布着很多吝啬孔。气轨一头关闭，另一头装有进气嘴，气流从进气嘴流入，经过吝啬孔喷出，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，免得滑块冲出）。整个导轨布置在矩形梁上，梁下有三个用来调理水平的底脚螺丝。（3）滑块m1、m2（m1~2m2）是实验中互相碰撞的两物体，m1、m2滑块的内表面可与气轨亲密配合；上部装有“凹”字形的档光片，m1一端装有缓冲弹簧，另一端粘有尼龙搭扣，m2一端粘有尼龙搭扣，另一端为圆滑端。（4）光电计时测速系统由光电门、数字毫秒计（包含滑块上的档光片）构成。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构成，也有使用红外发光二极管和红外光敏三极管构成的光电门。聚光灯和光敏管对置于轨道双侧，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色是：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，当挡光片伴同滑块经过光电门时，就使光敏管遇到两次遮光，进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。x运动方向图2档光片运动表示图于是滑块经过光电门的均匀速度为xt（1）m1、m2上的挡光片的有效宽度分别x不大，可将v近似地视为刹时速度。本实验中，为x13.00cm、x21.00cm.毫秒计的用法此处不再详述。【实验原理】二、速度与加快度物体作直线运动时，假如在t时间间隔内，经过的位移为x，则物体在t的时间间隔内的均匀速度V为：Vx（8）t当t趋近于零时，均匀速度的极限值就是该时刻（或是该地点）的刹时速度。当滑块在气垫导轨上运动时，经过丈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时间内的均匀速度v。因为档光片宽度比较窄，能够把平均速度近似地当作滑块经过光电门的刹时速度。档光片愈窄，相应的t就愈小，均匀速度就更加正确地反应滑块在经过光电门地点时的刹时速度。本实验中，滑块上的U型挡光片的宽度为x13.00cm，条形挡光片的宽度为x21.00cm在水平气轨上的滑块，假如遇到水平方向的恒力作用（这个恒力由加上质量为m的重物来供给），则滑块在气轨上作匀加快度运动。分别丈量滑块经过两个光电门时的初速度V1和末速度V2，并测出两个光电门的间距S，则滑块的加快度a为：aV22V12（9）2S又设重物的质量为M，滑块的质量为m，依据牛顿第二定律有：Mg=（m+M）a（10）则g(mM)a（11）M【实验步骤】二、速度、加快度的丈量1．检查光电门，使储存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．察看匀速直线运动——丈量速度轻轻推进滑块，察看滑块在气轨上的运动，包含随和轨两头的缓冲弹簧的碰撞状况。分别记下滑块经过两个光电门时的速度V1和V2，试比较V1和V2的数值，若V1和V2之间的差别小于V1（或V2）的1％时，则导轨靠近水平，此时可近似以为滑块作匀速直线运动；若V1和V2相差较大，可经过调理导轨底座螺钉使导轨水平。熟习丈量滑块的速度。3．气垫导轨调水平后，依据表2丈量滑块在导轨上作匀速直线运动时任一地点处的瞬时速度V。4．加快度的丈量（1）在滑块的一端利用挂钩的丝线加上质量为m的物体，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t12或即时速度12、tV、V(取决于电脑计时器的功能)，此中V1x/t1，V2x/t2（x为挡光片的计时宽度）。将数据记入表3中，则滑块运动的加快度a可按式（9）计算。（2）利用天均分别测出滑块与物体的质量，依据式（11）求重力加快度g。【数据记录与办理】3．速度、加快度的丈量数据记录表以下表2、表3。表2速度的丈量数据待丈量次数x(m)t(s，ms)V(m/s)123456均匀值表3加快度的丈量数据待丈量次数x(m)t(s，ms)t(s，ms)2)12123456【注意事项】1.使用气垫导轨时，切勿屡次用手触碰导轨，免得加大导轨摩擦力。2.进行丈量时，应保证导轨先通气，再放滑