在气垫导轨斜面上测量速度和加速度(戚)_100909.pptx

1、在气垫导轨上测速度和加速度,实验目的,掌握在斜面上用光电计时法验证匀加速运动的三个基本公式、外推法验证牛顿第一定律的实验方法；掌握光电计时的基本原理；学会用图解法处理测量数据。,实验原理,匀加速运动的三个基本公式 v = v0+ 2aS （1） （2）,式中：v0, v分别表示物体在 t=0，t=t 时刻的速度。S是物体在 t 时间内通过的距离,a即为物体的加速度.在两个方程中消去时间t ,就得到第三个方程 v2 = v02+ 2aS （3） 它可以表示为物体在匀加速度为a的运动中,相距S的两点的速度分别为 v0, v。,实验原理,物体作斜面运动，忽略斜面摩擦力，且 5，物体沿斜面的加速度a是

2、重力加速度的分量： （4） 当g, L, h均不变时，a即为常量，物体作匀加速运动。,实验原理,按前式（3）： v2 S ,两者呈线性函数关系，图形上就是一条直线，不断改变S(S1,S2,S3,S4,S5,S6,),测取相应v2 (v12, v22, v32,v42, v52,v62), 在坐标纸上画出相应点，连线成近似直线，其斜率k为加速度的两倍，即2a。,实验原理,由公式（4） 可以看到: 加速度a和h成线性关系,在ah图中利用外推法,当h=0时，a0。即导轨水平时，物体无外力作用，保持匀速直线运动。从而验证牛顿第一定律。,实验仪器,1.气垫导轨和滑块 1套 2.光电计时系统 1套 3.垫

3、块 3个,实验仪器,气垫导轨和滑块 气垫导轨的剖面是中空的铝制型材，两面有两排小孔。有压缩空气喷出，使滑块和导轨之间形成空气膜，产生一个近似于没有摩擦的环境。由此可模拟物体忽略摩擦力时的 斜面运动，用于研究匀加 加速运动。这里的物体是 一个滑块。,气垫导轨,滑块,挡光片,实验仪器,光电计时系统 用多功能计时器测量物体（滑块）的运动速度等参数。它由两个光电门和主机构成。光电门与滑块上的档光板配合，,光电门,滑块,挡光片,气垫导轨,可测取滑块滑过光电门的时间参数，经由主机进行数据处理 后，显示相应的时间间隔， 速度和加速度等测量值。,实验仪器,光电门的凹槽与档光片位置的调整,光电门,滑块,挡光片,

4、实验仪器,光电门的槽口上下装有光电发射器和接收器，槽口未被遮挡时，接收器处于高电平，反之处于低电平。跟滑块一起运动的挡光片是带有开口槽的（ s 是确定的），当它通过一个光电门时产生两次挡光,形成一个完整的脉冲。当仪器测出这个脉冲的周期值，即可由下式得出滑块通过光电门的瞬时速度（近似值）。,实验仪器,实验中我们使用的是华东师范大学科教仪器厂生产的CSZ智能数字测试仪，实验中我们只是使用其中的一种功能。,多功能计时器功能键,实验仪器,“手动-自动”键要让手动灯亮；最左边的键要让上排的灯亮；“选择”键是功能选择，有19种功能选择；“执行”键是操作执行。,有机玻璃垫块,实验仪器,垫在导轨的一侧使之产生

5、斜面。可组合使用产生从16cm的高度。,在倾斜导轨上测量并绘制v2-S要图，由图求加速度a v2 = v02+2aS,实验内容,固定导轨高度h=3cm,多次改变Si，测量对应的vi，作 vi2-Si 直线图，用两点法求直线的斜率k，根据上式求得加速度a，与公式： 计算的加速度a 作相对误差的运算；将直线的截距开方与实测的初速度v 0作相对误差的运算。,验证牛顿第一定律,实验内容,固定滑块的移动路程S，多次改变导轨的高度hi,直接测量对应的ai，作 ai-hi 直线图，观察直线的外延虚线在 hi= 0时是否指向零，如果为零，则验证了上式。,操作指导,1.多功能计时器的功能选择，测量绘制v2-S图

6、并加速度a时，选择功能（4U：测量两个速度）,按“选择键”直至出现“4U”；按“执行键”选择档光片宽度为2cm。再按“执行键”即可进行测量档光片通过两个光电门时的瞬,时速度v0和选vi。,操作指导,2.调节导轨水平静态调节 光电门A置于靠近气源处约0.5m处，光电门B置于距离光电门A约0.5m处（远离气源方向），打开气源后，滑块置于导轨中央，由静止状态释放，视其移动方向而调整水平调整螺丝(移动的方向要调高)，使滑块趋于静止状态。L=100.00cm,气垫导轨,滑块,气源,光电门B,光电门A,水平调整螺丝,约0.5m,L=100.00cm,操作指导,2.调节导轨水平动态细调 将滑块置于近气源侧，

7、按下光电计数器的“执行键”，轻推滑块使之依次滑过光电门A和B，读取并比较两个瞬时速度v a和v b，数值大的这一侧偏低需抬高(调整水平调整螺丝)。如此反复多次测量调整，使两速度之差0.01m/s。,操作指导,3.测量并绘制vi2Si图，用图解法求加速度a,垫块h选用3cm, 光电门位置固定，光电门置于S1处，滑块从固定位置S0开始释放，依次滑过光电门A和B，得到v0、 v1，重复测量5遍，计算v1的平均值和v12，得到一组数据P1(S1, v12)。,滑块,气源,光电门B,光电门A,v0,滑块静止释放点S0,S1,v1,h,操作指导,多次改变光电门的位置，使Si分别为0.1m、0.2m、0.3

8、m、0.4m、0.5m、0.6m。重复以上的实验步骤，可得6组实验数据P16(Si, vi2)。 要求滑块每次都准确地在S0处由静止状态释放，保证v0一致,其 v0应0.01m/s。,滑块,气源,光电门B,光电门A,v0,滑块静止释放点S0,S1,S2,S3,S4,S5,S6,v1,v2,v4,v3,v5,v6,h,操作指导,将P16(Si, vi2)作图于mm方格纸上，可得以下图形。用两点法求直线的斜率k， 根据公式：v2 = v02+ 2aS 可计算出a。另外，根据公式： 可计算出a的理论值a理，式中g=9.794m/s2, h=3.00cm, L=100.00m 计算a的百分差Pa,操作

9、指导,从图中作直线的外延线求其截距b，根据公式： v2 = v02+ 2aS 可求得v0，将其与实际测得的v0测， 作相对误差Ev运算。,操作指导,4.验证牛顿第一定律 多功能计时器的功能选择（5-A：直接测量a）,按“选择键”直至出现“5-A”；按“执行键”选择档光片宽度为2cm。再按“执行键”即可直接测量a。,操作指导,光电门和位置均固定（例如S6），垫块h为1cm,滑块从固定位置S0开始释放，依次滑过光电门A和B，可从光电计数器直接读取a1。由此得到P1(h1, a1)。垫块经组合，其高度h可依次改变为：16cm, 重复以上的实验步骤，可得6组实验数据P16(hi, ai)。,操作指导,将P16(hi, ai)作图于mm方格纸上，可得以下图形。从图中作直线的外延线，观察其截距b是否为零。 根据公式： 其截距应该为零。,补充：作图法,直观、形象,准确度要差一些. 实验图线的绘制： 图纸大小的选择 坐标的标记和分度 实验点的标志 图线的描绘 图线的注解和说明,图纸的描绘,注意点：,1.坐标轴的起点坐标不一定为零，原则是使作出的图线充满整个图纸。,2.坐标轴的分度：作