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氣軌導(dǎo)軌上的實(shí)驗(yàn)——測(cè)量速度、加速度及驗(yàn)證牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、學(xué)習(xí)氣墊導(dǎo)軌和電腦計(jì)數(shù)器的使用方法。2、在氣墊導(dǎo)軌上測(cè)量物體的速度和加速度,并驗(yàn)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(yùn)動(dòng)速度的關(guān)系。二、實(shí)驗(yàn)儀器氣墊導(dǎo)軌(QG-5-1.5m)、氣源(DC-2B型)、滑塊、墊片、電腦計(jì)數(shù)器(MUJ-6B型)、電子天平(YP1201型)三、實(shí)驗(yàn)原理1、采用氣墊技術(shù),使被測(cè)物體“漂浮”在氣墊導(dǎo)軌上,沒(méi)有接觸摩擦,只用氣墊的粘滯阻力,從而使阻力大大減小,實(shí)驗(yàn)測(cè)量值接近于理論值,可以驗(yàn)證力學(xué)定律。2、電腦計(jì)數(shù)器(數(shù)字毫秒計(jì))與氣墊導(dǎo)軌配合使用,使時(shí)間的測(cè)量精度大大提高(可以精確到0.01ms),并且可以直接顯示出速度和加速度大小。3、速度的測(cè)量如圖,設(shè)U型擋光條的寬度為,電腦計(jì)數(shù)器顯示出來(lái)的擋光時(shí)間為,則滑塊在時(shí)間內(nèi)的平均速度為;越小(越?。?,就越接近該位置的即時(shí)速度。實(shí)驗(yàn)使用的擋光條的寬度遠(yuǎn)小于導(dǎo)軌的長(zhǎng)度,故可將視為滑塊經(jīng)過(guò)光電門(mén)時(shí)的即時(shí)速度,即。4、加速度的測(cè)量將導(dǎo)軌墊成傾斜狀,如右圖示:兩光電門(mén)分別位于和處,測(cè)出滑塊經(jīng)過(guò)、處的速度和,以及通過(guò)距離所用的時(shí)間,即可求出加速度:或速度和加速度的計(jì)算程序已編入到電腦計(jì)數(shù)器中,實(shí)驗(yàn)時(shí)也可通過(guò)按相應(yīng)的功能和轉(zhuǎn)換按鈕,從電腦計(jì)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(jì)阻力,則滑塊所受的合外力就是下滑分力,。假定牛頓第二定律成立,有,,將實(shí)驗(yàn)測(cè)得的和進(jìn)行比較,計(jì)算相對(duì)誤差。如果誤差實(shí)在可允許的范圍內(nèi)(<5%),即可認(rèn)為,則驗(yàn)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(guān)系實(shí)驗(yàn)時(shí),滑塊實(shí)際上要受到氣墊和空氣的粘滯阻力??紤]阻力,滑塊的動(dòng)力學(xué)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(guān)系。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1、將氣墊導(dǎo)軌調(diào)成水平狀態(tài)先“靜態(tài)”調(diào)平(粗調(diào)),后“動(dòng)態(tài)”調(diào)平(細(xì)調(diào)),“靜態(tài)”調(diào)平應(yīng)在工作區(qū)間范圍內(nèi)不同的位置上進(jìn)行2~3次,“動(dòng)態(tài)”調(diào)平時(shí),當(dāng)滑塊被輕推以50cm/s左右的速度(擋光寬度1cm,擋光時(shí)間20ms左右)前進(jìn)時(shí),通過(guò)兩光電門(mén)所用的時(shí)間之差只能為零點(diǎn)幾毫秒,不能超過(guò)1毫秒,且左右來(lái)回的情況應(yīng)基本相同。兩光電門(mén)之間的距離一般應(yīng)在50cm~70cm2、測(cè)滑塊的速度①氣墊調(diào)平后,應(yīng)將滑塊先推向左運(yùn)動(dòng),后推向右運(yùn)動(dòng)(先推向右運(yùn)動(dòng),后推向左運(yùn)動(dòng),或者讓滑塊自動(dòng)彈回),作左右往返的測(cè)量;②從電腦計(jì)數(shù)器上記錄滑塊從右向左或從左向右運(yùn)動(dòng)時(shí)通過(guò)兩個(gè)光電門(mén)的時(shí)間、,然后按轉(zhuǎn)換健,記錄滑塊通過(guò)兩個(gè)光電門(mén)速度、,如此重復(fù)3次,將測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)入表1,計(jì)算速度差值。3、測(cè)量加速度,并驗(yàn)證牛頓第二定律在導(dǎo)軌的單腳螺絲下墊2塊墊片,讓滑塊從最高處由靜止開(kāi)始下滑,測(cè)出速度、和加速度,重復(fù)4次,取。再添2塊(或1塊)墊片,重復(fù)測(cè)量4次。然后取下墊片,用游標(biāo)卡尺測(cè)量?jī)纱嗡脡|片的高度h,用鋼卷尺測(cè)量單腳螺絲到雙
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