氣墊導(dǎo)軌上的直線運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

浙江中醫(yī)藥大學(xué)學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)氣墊軌上的直線運(yùn)動(dòng)學(xué)院信息技術(shù)學(xué)院專(zhuān)業(yè)醫(yī)院信息工程班級(jí)一班報(bào)告人學(xué)號(hào)同組人學(xué)號(hào)同組人學(xué)號(hào)同組人學(xué)號(hào)理論課任課教師實(shí)驗(yàn)課指導(dǎo)教師實(shí)驗(yàn)日期2013.3.2報(bào)告日期2013.3.2實(shí)驗(yàn)成績(jī)批改日期浙江中醫(yī)藥大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院物理教研室實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解氣墊導(dǎo)軌的工作原理。2、掌握利用氣墊導(dǎo)軌上測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體的加速度和重力加速度。3、驗(yàn)證牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律實(shí)驗(yàn)儀器計(jì)算機(jī)一臺(tái),仿真軟件實(shí)驗(yàn)原理物體在斜面上的運(yùn)動(dòng)設(shè)物體質(zhì)量為m,斜面傾角?,則運(yùn)動(dòng)方程為MgSin?=mag=a/Sin?可以通過(guò)測(cè)出斜面的長(zhǎng)度和高度得到,關(guān)鍵是要在氣墊上測(cè)出物體加速度a，這樣g也就很容易求出。當(dāng)物體作直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，其瞬時(shí)速度定義為v=lim(Δs/Δt)=ds/dt當(dāng)Δt趨向0時(shí)，Δs也趨向0在測(cè)量上不容易做到，但我們可以用小量Δs和Δt來(lái)替代ds和dt。用短距離的平均速度代替瞬時(shí)速度，故有v=Δs/Δt式中Δs和Δt為U型擋光片開(kāi)始到擋光片結(jié)束的距離和時(shí)間間隔，如圖Δs/Δt就是擋光后經(jīng)過(guò)光電門(mén)時(shí)的瞬時(shí)速度v。使物體在斜面上做初速度為0的勻加速直線運(yùn)動(dòng)。經(jīng)過(guò)路程S后，末速度為v，則有V=atv2=2asS=at2/2驗(yàn)證牛頓第二定律F=ma設(shè)運(yùn)動(dòng)物體的總質(zhì)量為M總,合外力為F,并假設(shè)其他耗散力,如摩擦力﹑空氣阻力﹑氣墊粘滯力均可忽略不計(jì),這時(shí)牛頓第二定律可表示如下:F=M總a若保持M總不變，改變F，F(xiàn)/a應(yīng)為一常量即F增加，a增加，F(xiàn)減小a也減小?；虮３諪不變，改變M總，即M總增加，a減小。如能在實(shí)驗(yàn)中滿足上述條件，即能驗(yàn)證牛頓第二定律。實(shí)驗(yàn)步驟1.起點(diǎn)導(dǎo)軌調(diào)平及數(shù)字毫秒計(jì)的使用起點(diǎn)導(dǎo)軌調(diào)平：打開(kāi)氣源，放上滑塊，觀測(cè)滑塊與軌面兩側(cè)的間隙，縱向水平調(diào)節(jié)雙支腳螺絲，橫向水平調(diào)節(jié)單支腳，直到滑塊在任何位置均保持不動(dòng)，或做極緩的來(lái)回滑動(dòng)為止。動(dòng)態(tài)法調(diào)平。滑塊上裝擋光片，讓滑塊以緩的初速度V。先后通過(guò)兩個(gè)相距60cm光電門(mén)，如果滑塊通過(guò)兩個(gè)光電門(mén)所用的時(shí)間相差小于1ms,便可以認(rèn)為導(dǎo)軌已調(diào)平。數(shù)字毫秒計(jì)的使用：使用U型擋光片，計(jì)算方式選擇B檔，記的是一個(gè)光電管被擋光到第二個(gè)光電管被擋光的時(shí)間間隔或一個(gè)光電管兩次被擋的時(shí)間間隔，即經(jīng)過(guò)△s距離所用的時(shí)間△t。復(fù)零方式有手動(dòng)和自動(dòng)兩檔可選。置于自動(dòng)時(shí)，數(shù)碼管理經(jīng)一段時(shí)間后，會(huì)自動(dòng)復(fù)零。延長(zhǎng)時(shí)間從0.1~3秒連續(xù)可調(diào)2.通過(guò)物體在斜面上的勻加速直線運(yùn)動(dòng)測(cè)加速度a及g。（1）測(cè)量?jī)啥酥_螺絲之間的距離L。（2）在單腳一端加一塊d=15mm厚的墊塊，使氣軌成一斜面。（3）在滑塊上裝上U型擋光片并測(cè)量△s距離。（4）將光電門(mén)置距離最底端40cm處。（5）使滑塊從距光電門(mén)S=20cm處自由下滑，要保證初速度為零，計(jì)時(shí)器自動(dòng)記下所顯示的擋光間隔Δt，重復(fù)本操作3次此時(shí)Vt=Δs/Δt。（6）改變s取值，分別取30、40、50、60厘米，重復(fù)上一項(xiàng)測(cè)量，采用最小二乘法處理數(shù)據(jù)。3．驗(yàn)證牛頓第二定律(1)把氣墊拿開(kāi),氣墊按常規(guī)調(diào)水平。(2)在滑塊上系上細(xì)線,通過(guò)滑輪于砝碼盤(pán)相連。(3)把10克砝碼置于滑塊上。(4)取下一個(gè)2克砝碼置于滑塊上。（5）固定擋光片到光電門(mén)的距離S（>50cm）。（6）讓滑塊做初速度為0的勻加速運(yùn)動(dòng)測(cè)量通過(guò)△s的時(shí)間△t；重復(fù)三次。（7）依次在砝碼盤(pán)中加4.00,6.00,8.00,10.00克砝碼，重復(fù)（6）的測(cè)量，將測(cè)量結(jié)果填入表格。4.氣軌調(diào)平指導(dǎo)。本實(shí)驗(yàn)采用動(dòng)態(tài)法調(diào)平.（1）單擊移動(dòng)中的滑塊，彈出滑塊在氣墊導(dǎo)軌上的側(cè)視圖。（2）單擊數(shù)字毫秒計(jì)，彈出毫秒計(jì)放大視圖。（3）單擊支腳螺絲，彈出三個(gè)支腳螺絲的示意圖。其中淺色螺絲為單支腳螺絲。（4）調(diào)節(jié)三個(gè)支腳螺絲，縱向水平調(diào)節(jié)雙支腳螺絲，使滑塊與軌面兩側(cè)的間隙一致。橫向調(diào)節(jié)單支腳螺絲，如果滑塊通過(guò)兩個(gè)光電門(mén)所用的時(shí)間相差小于1ms，便可認(rèn)為導(dǎo)軌已調(diào)平。調(diào)節(jié)時(shí)，鼠標(biāo)左鍵單擊，支腳螺絲高度減??；鼠標(biāo)右鍵單擊，支腳螺絲高度增加。5.驗(yàn)證牛頓第二定律實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)。（1）單擊數(shù)字毫秒計(jì)，彈出毫秒計(jì)放大視圖；單擊砝碼盒，彈出砝碼和放大視圖；單擊托盤(pán)，彈出托盤(pán)放大視圖。（2）在放大的砝碼盒視圖中，用鼠標(biāo)左鍵單擊砝碼，添加砝碼到托盤(pán)中；在放大的托盤(pán)視圖中，用鼠標(biāo)左鍵單擊砝碼，添加砝碼到砝碼盒中。（3）單擊視圖左上角的“鉛筆”圖標(biāo)，彈出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄本。（4）拖動(dòng)滑塊到距離光電門(mén)60cm處，滑塊右邊會(huì)出現(xiàn)滑塊上的擋光片中心距離光電門(mén)中心的距離。（5）放下滑塊讓其在砝碼及砝碼盤(pán)重力作用下滑動(dòng)，當(dāng)經(jīng)過(guò)光電門(mén)時(shí)，毫秒計(jì)自動(dòng)將數(shù)據(jù)加到數(shù)據(jù)記錄本中。若想刪除數(shù)據(jù)，選中數(shù)據(jù)后，選擇記錄本中的“刪除”鍵。（6）當(dāng)數(shù)據(jù)記錄完后，選擇記錄本中的計(jì)算功能，計(jì)算相應(yīng)的數(shù)據(jù)項(xiàng)。計(jì)算完畢后選擇作圖功能，觀看數(shù)據(jù)的線性。6.測(cè)重力加速度實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)。（1）單擊數(shù)字毫秒記，彈出毫秒記放大視圖。（2）單擊視圖左上角的“鉛筆”圖標(biāo)，彈出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄本。（3）拖動(dòng)滑塊到距離電門(mén)20cm處，滑塊右邊會(huì)出現(xiàn)滑塊上的擋光片中心距光電門(mén)中心的距離。（4）放開(kāi)滑塊讓其在砝碼及砝碼盤(pán)重力作用下滑動(dòng)，當(dāng)經(jīng)過(guò)光電門(mén)時(shí)，毫秒記自動(dòng)將數(shù)據(jù)添加到數(shù)據(jù)記錄本中。若想刪除數(shù)據(jù)，選中數(shù)據(jù)后，選擇記錄本的“刪除”鍵。（5）變滑塊到光電門(mén)的距離分別為30cm，40cm，50cm，60cm，重復(fù)實(shí)驗(yàn)（6）當(dāng)數(shù)據(jù)記錄完后，選擇記錄本中的計(jì)算功能，計(jì)算相應(yīng)的數(shù)據(jù)項(xiàng)。計(jì)算完畢后選擇作圖功能，觀看數(shù)據(jù)的線性。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與結(jié)果1.驗(yàn)證第二定律作圖2.測(cè)量加速度作圖實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析1.從相同高度,使同一滑塊在相同斜面上滑過(guò)不同距離時(shí),滑塊的加速度相