试验二气垫导轨上的试验

1、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。(11)图1气垫导轨实验示意图实验室用“吹尘器”作气源。气垫导轨简称气轨，是一条横截面为三角形的

2、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mi、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 一端装有缓冲弹簧，另一端粘有尼龙搭扣，m? 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（包括滑块上的档光片）组成。光电门是计时系统的信

3、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档光片运动示意图 于是滑块通过光电门的

4、平均速度为tX不大，可将v近似地视为瞬时速度。本实验中,（1）m、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t时间间隔内，通过的位移为X，则物体在 t的时间间物体作直线运动时，如果在 隔内的平均速度V为：V（ 8）t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门的瞬时速度。档光片愈窄，

5、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 X21.00 cm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:(9)(10)2 2 V2 V12 a -2S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(m M )a【实验步骤】二、速度、加速度的测量1 检查光电门，使存储式数字毫

6、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V1和V2的数值，若V1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 Vi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的物体，让滑块在物体的重力作用下

7、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go【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(m123456平均值表3加速度的测量数据待测量次数x (m)t1(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，