磁悬浮动力学基础实验

1、【实验目的实验目的】1 1、学习导轨的水平调整，熟悉磁悬导轨和智能速度加、学习导轨的水平调整，熟悉磁悬导轨和智能速度加速度测试仪的调整和使用；速度测试仪的调整和使用；2 2、学习作图法处理实验数据，掌握匀变速直线运动规、学习作图法处理实验数据，掌握匀变速直线运动规律；律；3 3、测量重力加速度、测量重力加速度g g，并学习消减系统误差的方法；，并学习消减系统误差的方法；4 4、探索牛顿第二定律，加深物体运动时所受外力与加、探索牛顿第二定律，加深物体运动时所受外力与加速度的关系；速度的关系；5 5、探索动摩擦力与速度的关系。、探索动摩擦力与速度的关系。磁悬浮动力学基础实验磁悬浮动力学基础实验【实

2、验仪器实验仪器】DHSY-1DHSY-1磁悬浮动力学实验仪磁悬浮动力学实验仪1 1套套磁悬浮小车磁悬浮小车3 3辆，参考质量分别为：辆，参考质量分别为：466g466g、463g463g、468g468g。测试架（含测试架（含2 2光电门）光电门）2 2台，可在导轨上移动，轻易不能取下，但固定螺帽台，可在导轨上移动，轻易不能取下，但固定螺帽可拧出。可拧出。HZDHHZDH磁悬浮导轨实验智能测试仪磁悬浮导轨实验智能测试仪DHSY-1DHSY-1普通电源线普通电源线1 1根，根，2 2米卷尺米卷尺1 1把，水泡把，水泡3 3只。只。1.1.手柄手柄2.2.光电门光电门3.3.磁浮滑块磁浮滑块4.4

3、.光电门光电门5.5.导轨导轨6.6.标尺标尺7.7.角度尺角度尺8.8.基板基板9 9计时器计时器HZDH磁悬浮导轨实验智能测试仪磁悬浮导轨实验智能测试仪DHSY-1“功能功能” 置于置于“加速度加速度”【实验原理实验原理】一、瞬时速度的测量一、瞬时速度的测量itxvtv itxvt0lim二、匀变速直线运动规律的研究二、匀变速直线运动规律的研究tavv 020)(21tatvx xavv 2202 tavtx 210 tavv 0 xavv 2202 tavtx 210 测量量测量量1 1、作、作 图线：图线：tv 2 2、作、作 图线：图线：ttx 3 3、作、作 图线：图线：xv 2三

4、、水平状态下磁悬浮小车阻力加速度的测量三、水平状态下磁悬浮小车阻力加速度的测量ffmaF mamaftaaf 0- 四、导轨倾斜时，斜面倾角、速度、加速度关系的测试四、导轨倾斜时，斜面倾角、速度、加速度关系的测试G G maFmgmgNf sin0cos1 1、动摩擦加速度与斜面倾角的关系：、动摩擦加速度与斜面倾角的关系：agaf sin2 2、考察外力与阻力的关系：、考察外力与阻力的关系：maFFf 五、重力加速度的测定及消减导轨中系统误差的方法五、重力加速度的测定及消减导轨中系统误差的方法1 1、重力加速度的测定：、重力加速度的测定： sinfaag 2 2、重力加速度的修正：、重力加速度

5、的修正：.sinsinsinsin23231212 aaaag已修正测量结果已修正测量结果 = = 测得值（或其平均值）测得值（或其平均值） - - 已定系差已定系差111sinfaga222sinfaga333sinfaga【实验内容与步骤实验内容与步骤】一、学习导轨的水平调整，熟悉磁悬导轨和智能速度加速度测一、学习导轨的水平调整，熟悉磁悬导轨和智能速度加速度测试仪的调整和使用试仪的调整和使用二、匀变速运动规律的研究：二、匀变速运动规律的研究：1 1、检查测试仪的测试准备、检查测试仪的测试准备（1 1）检查测试仪中数字显示的参数值是否与光电门档光片的）检查测试仪中数字显示的参数值是否与光电门

6、档光片的间距参数相符，否则必须加以修正。间距参数相符，否则必须加以修正。（2 2）检查）检查“功能功能”是否置于是否置于“加速度加速度”。2 2、明确本实验内容研究的内容，需要测量的数据。、明确本实验内容研究的内容，需要测量的数据。tavv 0 xavv 2202 tavtx 210 3 3、将斜面倾角调为、将斜面倾角调为=2030 ;p0=20cm ，按下表要求，每次将小车从同一位置静止释放，将测得的数据计入表格一计入表格一三、水平状态下磁悬浮小车阻力加速度的测量三、水平状态下磁悬浮小车阻力加速度的测量1 1、调整导轨水平；、调整导轨水平；2 2、将两个光电门放置在合适的位置上，两个光电门的

7、距离可以是、将两个光电门放置在合适的位置上，两个光电门的距离可以是任意的，但应大于任意的，但应大于50cm50cm；3 3、设置测试仪为加速度工作模式，并按、设置测试仪为加速度工作模式，并按“开始开始”按钮；按钮；4 4、将磁悬浮小车放入第一光电门左侧的导轨中，用手轻推一下小、将磁悬浮小车放入第一光电门左侧的导轨中，用手轻推一下小车，让其以一定的初速度从左向右运动经过第二光电门，测量并车，让其以一定的初速度从左向右运动经过第二光电门，测量并记录小车阻力加速度；计入表格二记录小车阻力加速度；计入表格二5 5、用不同的力度和初速度重复多次，测出阻力加速度；、用不同的力度和初速度重复多次，测出阻力加

8、速度；6 6、比较每次测量的结果，参看有何规律，计算阻力加速度的平均、比较每次测量的结果，参看有何规律，计算阻力加速度的平均值。值。水平状态下磁悬浮小车阻力加速度的测量水平状态下磁悬浮小车阻力加速度的测量ffmaF mamaf taaf 0- 四、研究动摩擦加速度四、研究动摩擦加速度af与斜面倾角与斜面倾角之间的关系之间的关系、重力加速度的测量及验证牛顿第二定律实验改变斜面倾角，多次测量各个倾角时滑块的加速度改变斜面倾角，多次测量各个倾角时滑块的加速度 计入表格三计入表格三ia表格1： 匀变速直线运动的研究=20 ;p0=20cm p1=40cm i ip pi ix xi i(cm)(cm)

9、v v0 0(cm/s)(cm/s) v vi i(cm/s)(cm/s)t ti i(ms)(ms)t ti i(100ms)(100ms)xi/xi/ti(cm/s)ti(cm/s)(v(vi i) )2 2a ai i1 1404020202 2505030303 3606040404 4707050505 5808060606 6909070707 710010080808110100表格一表格一 匀变速运动规律的研究匀变速运动规律的研究分别作出分别作出 ； ； 图线。图线。 tv xv 2若所得均为直线，则表明滑块作匀变速直线运动，由直线斜率与截距求出 与 ，将 与上列数据表中 比较

10、，并加以分析和讨论a0v0v0vttx 【实验数据记录表格与处理要求实验数据记录表格与处理要求】导轨调水平后，任意给小车一个初速度使之依次通过光电门1和2，测得的数据值表格二 水平状态下磁悬浮小车阻力加速度的测量i iV1（cm/s）V2（cm/s）af (cm/S2)平均值平均值a a f f(cm/S(cm/S2 2) )12345678910结论：由表格二，得出导轨水平放置时，小车以一定初速度经过导轨求得的摩擦力加速度的平均值为 cm/S2，方向与小车运动方向相反。表格二表格二 水平状态下磁悬浮小车阻力加速度的测量水平状态下磁悬浮小车阻力加速度的测量表格3 测量动摩擦加速度af与斜面倾角

11、之间的关系、重力加速度的测量及验证牛顿第二定律实验改变斜面倾角，多次测量各个倾角时滑块的加速度 ，计入表格2：123 4567811.31.51.822.53iiaia表格三表格三 测量动摩擦加速度af与斜面倾角之间的关系、重力加速度的测量及验证牛顿第二定律实验表格四表格四 研究动摩擦加速度研究动摩擦加速度a af f与斜面倾角与斜面倾角之间的关系及验证牛顿第二定律之间的关系及验证牛顿第二定律i i（度）sinigsiniaiafi=ai-gsini平均值af(cm/S2)F=mgsini-maf注：表中数据由表格3所得1000m= kg210.017444 17.0946931.30.022

12、676 22.2223241.50.026164 25.6404151.80.031395 30.76694620.034882 34.1841872.50.043597 42.72534830.052309 51.26326结论：根据上述数据，可以作 afi i曲线，得出在一定角度范围内，动摩擦加速度近似相等，所以可以取 的平均值作为小角度时的动摩擦加速度af，根据上表实验数据，作根据上表实验数据，作 曲线，并给出实验结论曲线，并给出实验结论ifa根据上表实验数据，作根据上表实验数据，作 曲线，并给出实验结论曲线，并给出实验结论Fa 根据表格三的实验数据，按下表要求，填入相应数据。根据表格三

13、的实验数据，按下表要求，填入相应数据。 五、重力加速度的测定及消减导轨中系统误差的方法五、重力加速度的测定及消减导轨中系统误差的方法1 1、重力加速度的测定：、重力加速度的测定：2 2、重力加速度的修正：、重力加速度的修正：实验报告基本要求：字迹清晰，文理通顺，图表正确，数据完备和结论明确内容包括： （1）实验名称 （2）实验目的 （3）实验仪器：型号 名称（重要参数） （4）实验原理： 原理阐述、原理图、分析示意图、主要计算公式 （5）实验步骤 （6）数据处理：原始数据重新列表并计算处理、用坐标纸描绘图线或相应软件作图线。 （7）实验结论：给出实验结论，并分析 （8）误差分析：重要实验误差来

14、源 （9）作 业：均为实验要求 思考题1 （10）教师签字数据!表格1： 匀变速直线运动的研究=20 ;p0=20cm p1=40cm i ip pi ix xi i(cm)(cm) v v0 0(cm/s)(cm/s) v vi i(cm/s)(cm/s)t ti i(ms)(ms)t ti i(100ms)(100ms) xi/xi/ti(cm/s)ti(cm/s)100(v100(vi i) )2 2a ai i平均加速度14623.4641.5541.55612.8612.86.1286.12832.6370757232.6370757217.26402517

15、.26402529.5229.5229.632 25050303023.223.248.1448.14842.12842.128.42128.421235.6243765735.6243765723.17459623.17459629.6129.613 36060404023.2123.2154.2354.231036.941036.9410.369410.369438.5750380938.5750380929.40892929.40892929.9129.914 47070505023.7923.7958.7458.741151.981151.9811.519811.519843.4035

16、313143.4035313134.50387634.50387630.3330.335 58080606020.9220.9263.8263.821484.751484.7514.847514.847540.4108435840.4108435840.72992440.72992428.8928.896 69090707023.1523.1567.3867.381477.731477.7314.777314.777347.3699525647.3699525645.40064445.40064429.9329.937 7100100808023.3723.3772.0272.021664.5

17、41664.5416.645416.645448.0613262548.0613262551.86880451.86880429.2229.22例：数据处理例：数据处理导轨调水平后，任意给小车一个初速度使之依次通过光电门1和2，测得的数据值i iV1（cm/s）V2（cm/s）af (cm/S2)平均值平均值a a f f(cm/S(cm/S2 2) )125.9323.52-1.66-2.351231.9729.35-2.22333.7531.57-1.98434.4631.35-2.83536.4634.09-2.33638.4235.86-2.67739.5437.36-2.36839.

18、836.73-3.28940.6638.85-2.021046.0245.23-2.16结论：由表2，得出导轨水平放置时，小车以一定初速度经过导轨求得的摩擦力加速度的平均值为2.35 cm/S2，方向与小车运动方向相反。表格3 测量动摩擦加速度af与斜面倾角之间的关系、重力加速度的测量及验证牛顿第二定律12 45678113.4513.1813.4513.2913.5213.8213.6713.4613.481.318.1618.5318.418.618.6318.4718.3218.4118.441.521.7821.2121.3421.5721.5721.6321.5421.5421.52

19、1.827.0226.7926.9827.0527.5827.4627.0126.7727.08230.4530.4929.8529.729.6929.9330.5630.230.12.538.7138.0638.6738.7238.1438.1438.0738.4638.37347.8348.2448.9847.0347.1549.146.747.4547.81iiaia二、水平状态下磁悬浮小车阻力加速度的测量二、水平状态下磁悬浮小车阻力加速度的测量三、改变斜面倾角，多次测量各个倾角时滑块的加速度三、改变斜面倾角，多次测量各个倾角时滑块的加速度 ，计入表格，计入表格3 3：表四 研究动摩擦加

20、速度af与斜面倾角之间的关系及验证牛顿第二定律注：表中数据由表格3所得ii（度）sinigsiniai(CM/S2)afi=ai-gsini 平均值af(cm/S2) F=mgsini+maf（N)1000-2.351-2.351m=444.6kg210.017444 17.0946913.48-3.614688515-3.87101907859.9320831.30.022676 22.2223218.44-3.78231735381.9842441.50.026164 25.6404121.52-4.12040712695.6779251.80.031395 30.7669427.08-3

21、.686943589120.39768620.034882 34.1841830.1-4.0841751133.824672.50.043597 42.7253438.37-4.355342455170.59302830.052309 51.2632647.81-3.453259408212.56326结论：1）根据上述数据，可以作 afi i曲线，得出在一定角度范围内，动摩擦加速度近似相等，所以可以取 的平均值作为小角度时的动摩擦加速度af。2）由加速度与外力的关系图可知，小车的加速度与外力成正比，牛顿第二定律得到此实验的验证。四、研究动摩擦加速度af与斜面倾角之间的关系及验证牛顿第二定律数据分析表五 重力加速度的测