气垫上的直线运动.doc

气垫上的直线运动实验2 气垫导轨上的直线运动教学目的：1学会使用气垫导轨和计时计数测速仪。2观察匀速直线运动，学会测量滑块的运动速度。3通过测量滑块的加速度，验证牛顿第二定律。教学内容：一、实验仪器L-QG-T-1500/5.8型气垫导轨、小型气源、MUJ-5C/5B计时计数测速仪、游标卡尺、电子天平、配重块、砝码盘、砝码等。主要仪器使用介绍：气垫导轨 气垫导轨是一套精密的实验仪器，它利用气源将压缩空气注入导轨型空腔，再由导轨表面上的小孔喷出气流，在导轨与滑块之间形成很薄的空气膜（或称气垫），将滑块浮起，使滑块能在导轨上作近似无阻力的直线运动。在使用中，切忌剧烈震动撞击、重压以致变形，使用前用酒精擦拭干净，使用时要先通气，再把滑块放在导轨上，严禁未通气就放滑块。使用完毕后，先取下滑块再关掉气源。实验完毕将导轨擦净，罩上防尘罩。MUJ-5C/5B计时计数测速仪计时1(S1)：测量对光电门的挡光时间，从光电门被遮挡开始计时，至挡光结束停止计时。计时2(S2)：测量对光电门两次挡光的间隔时间，从光电门第一次被遮挡开始计时，至第二次被遮挡停止计时。二、实验原理速度测量在滑块上装一窄的凹形挡光片，当滑块经过设在某位置上的光电门时，挡光片将遮住照在光电元件上的光。因为挡光片的宽度是一定的，遮光时间的长短与物体通过光电门的速度成反比。要测量滑块的平均速度，只需测出挡光片的有效宽度 和遮光时间 ，根据平均速度的公式，就可算出滑块通过光电门的平均速度，即 （2-1）式中 滑块通过光电门的平均速度， 挡光片的有效宽度， 遮光时间由于 比较小，在 范围内滑块的速度变化也较小，故可以把 看成是滑块经过光电门的瞬时速度。加速度的测量将系有重物（砝码盘、砝码）的细线经气轨一端的滑轮，与装有凹形挡光片的滑块相连，滑块作匀加速运动。在气轨中间选一段距离 ，并在 两端设置两个光电门，测出滑块通过 两端的始末速度 和 ，则滑块的加速度 （2-2）3验证牛顿第二定律气轨调平后，用一系有码盘的细线跨过滑轮，若滑块的质量为 ，砝码盘与盘中砝码质量为 ，细线张力为T，则有 (2-3) (2-4)(2-3)、(2-4)解得 令 ，则有 (2-5)当物体质量一定时， 常量。当物体所受合外力不变时， 常量。三、实验内容通气检查，将两光电门固定（距两端约40cm处），滑块上固定挡光板、缓冲弹簧，打开计时仪（转换ms，功能 ）。导轨调水平1）静态调平纵向水平调节支脚螺丝，横向水平调节支点螺钉，直至滑块在实验段内保持不动，或稍有滑动，但不总是向一个方向滑动，即认为已基本调平。2）动态调平使滑块从导轨一端向另一端运动，先后通过两个光电门，在计时仪上记下通过两个光电门所用的时间，调节支点螺钉使通过两个光电门的时间近似相等，当通过两个光电门时间在100150ms时，只要经过后一个光电门时间比前一个不大于ms，此时可视为导轨调平。测量速度向左轻推滑块、向右稍用力推滑块，分别记下滑块上的挡光片经过两个光电门的时间 和 。量出挡光片的宽度 ，按式（2-l）算出速度 和 ，填表2-l。测加速度将系有砝码盘的细线通过滑轮与滑块相联，两个光电门的间距S分别设置为40cm、50cm、60cm，把滑块移至远离轴承的一端释放，记下滑块通过两个光电门的时间 和 。由式（2-1）与（2-2）计算加速度的数值，填表2-2。5验证牛顿第二定律1）验证物体质量不变时，物体的加速度与所受外力成正比在滑块上放两砝码（每个砝码的质量约为5.00 g）,按步骤进行测量，再分两次从滑块上将两个砝码移至砝码盘中，将测量结果填入表2-3。2）验证当物体所受的外力不变时，其加速度与自身的质量成反比保持砝码盘与砝码的总质量（约为10.00 g）不变，改变滑块的质量，重复步骤，将测量结果填入表2-4。四、根据四个表格的数据分析得出结论。实验数据参考表2-1滑块在气轨上作匀速直线运动 = cm次数滑块向左运动滑块向右运动 /(s) /(s) /(cm/s) /(cm/s) /(cm/s) /(s) /(s) /(cm/s) /(cm/s) /(cm/s)12表2-2 验证恒定质量的物体在恒力作用下作匀加速运动 = cm g次数 =40.00cm =50.00cm =60.00cm /(s) /(s) /(cm/s) /(cm/s) /(cm/s2) /(s) /(s) /(cm/s2) /(cm/s) /(cm/s2) /(s) /(s) /(cm/s) /(cm/s) /(cm/s2)12表2-3 验证物体质量不变时，物体的加速度与所受外力成正比 = cm, = cm , g次数 = g = g = g /(s) /(s) /(cm/s) /(cm/s) /(cm/s2) /(s) /(s) /(cm/s) /(cm/s) /(cm/s2) /(s) /(s) /(cm/s) /(cm/s) /(cm/s2)12表2-4 验证物体所受外力不变时，物体的加速度与质量