大學物理實驗氣墊導軌實驗報告

1、氣軌導軌上的實驗測量速度、加速度及驗證牛頓第二運動定律一、實驗目的1、學習氣墊導軌和電腦計數(shù)器的使用方法。2、在氣墊導軌上測量物體的速度和加速度，并驗證牛頓第二定律。3、定性研究滑塊在氣軌上受到的粘滯阻力與滑塊運動速度的關系。二、實驗儀器氣墊導軌(QG-5-1.5m)、氣源（DC-2B型）、滑塊、墊片、電腦計數(shù)器(MUJ-6B型)、電子天平（YP1201型）三、實驗原理1、采用氣墊技術，使被測物體“漂浮”在氣墊導軌上，沒有接觸摩擦，只用氣墊的粘滯阻力，從而使阻力大大減小，實驗測量值接近于理論值，可以驗證力學定律。2、電腦計數(shù)器（數(shù)字毫秒計）與氣墊導軌配合使用，使時間的測量精度大大提高（可以精確

2、到0.01ms），并且可以直接顯示出速度和加速度大小。3、速度的測量如圖，設U型擋光條的寬度為，電腦計數(shù)器顯示出來的擋光時間為，則滑塊在時間內的平均速度為； 越?。ㄔ叫。?，就越接近該位置的即時速度。實驗使用的擋光條的寬度遠小于導軌的長度，故可將視為滑塊經過光電門時的即時速度，即。4、加速度的測量將導軌墊成傾斜狀，如右圖示：兩光電門分別位于和處，測出滑塊經過、處的速度和，以及通過距離所用的時間，即可求出加速度： 或 速度和加速度的計算程序已編入到電腦計數(shù)器中，實驗時也可通過按相應的功能和轉換按鈕，從電腦計數(shù)器上直接讀出速度和加速度的大小。5、牛頓第二定律得研究若不計阻力，則滑塊所受的合外力就是下

3、滑分力，。假定牛頓第二定律成立，有，將實驗測得的和進行比較，計算相對誤差。如果誤差實在可允許的范圍內（5），即可認為，則驗證了牛頓第二定律。（本地g取979.5cm/s2）6、定性研究滑塊所受的粘滯阻力與滑塊速度的關系實驗時，滑塊實際上要受到氣墊和空氣的粘滯阻力。考慮阻力，滑塊的動力學方程為，比較不同傾斜狀態(tài)下的平均阻力與滑塊的平均速度，可以定性得出f與v的關系。四、實驗內容與步驟1、將氣墊導軌調成水平狀態(tài)先“靜態(tài)”調平（粗調），后“動態(tài)”調平（細調），“靜態(tài)”調平應在工作區(qū)間范圍內不同的位置上進行23次，“動態(tài)”調平時，當滑塊被輕推以50cm/s左右的速度（擋光寬度1cm，擋光時間20ms左

4、右）前進時，通過兩光電門所用的時間之差只能為零點幾毫秒，不能超過1毫秒，且左右來回的情況應基本相同。兩光電門之間的距離一般應在50cm70cm之間。2、測滑塊的速度氣墊調平后，應將滑塊先推向左運動，后推向右運動（先推向右運動，后推向左運動，或者讓滑塊自動彈回），作左右往返的測量；從電腦計數(shù)器上記錄滑塊從右向左或從左向右運動時通過兩個光電門的時間、，然后按轉換健，記錄滑塊通過兩個光電門速度、，如此重復3次，將測得的實驗數(shù)據計入表1，計算速度差值。3、測量加速度，并驗證牛頓第二定律在導軌的單腳螺絲下墊2塊墊片，讓滑塊從最高處由靜止開始下滑，測出速度、和加速度，重復4次，取。再添2塊（或1塊）墊片，

5、重復測量4次。然后取下墊片，用游標卡尺測量兩次所用墊片的高度h，用鋼卷尺測量單腳螺絲到雙腳螺絲連線的距離L。計算，進比較與，計算相對誤差，寫出實驗結論。4、用電子天平稱量滑塊的質量m，計算兩種不同傾斜狀態(tài)下滑塊受到的平均阻力，并考察兩種傾斜狀態(tài)下滑塊運動的平均速度（不必計算），通過分析比較得出f與v的定性關系，寫出實驗結論。五、注意事項1、保持導軌和滑塊清潔，不能碰砸。未通氣時，不能將滑塊放在導軌上滑動。實驗結束時，先取下滑塊，后關閉氣源。2、注意用電安全。六、數(shù)據記錄與處理表1.動態(tài)調平實驗數(shù)據msmsmsmsmsms表2. 速度的測量（）項目次序()()V1(cm/s)V2(cm/s)V1V2(cm/s)()()V3(cm/s)V4(cm/s)V3V4(cm/s)123表3. 加速度的測量（，L= cm） 項目次序V1(cm/s)V2(cm/s)(cm/s2)(cm/s2)(cm/s2)h1= cm1234h2= cm1234h3= cm1234h4= cm1234七、實驗結論1、關于牛頓第二定律的驗證：2、關于滑塊所受的氣體阻力與滑塊運動速度的關系：八、誤差分析與習題1、若改變本實驗的某一個條件（如改變下滑的初速度、滑塊上附加重物