大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)氣墊導(dǎo)軌實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、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

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(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?。ㄔ叫。驮浇咏撐恢玫募磿r(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

3、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23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

4、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50cm70cm之間。2、測(cè)滑塊的速度氣墊調(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；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，

5、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)量單腳螺絲到雙腳螺絲連線的距離L。計(jì)算，進(jìn)比較與，計(jì)算相對(duì)誤差，寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。4、用電子天平稱量滑塊的質(zhì)量m，計(jì)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(yùn)動(dòng)的平均速度（不必計(jì)算），通過(guò)分析比較得出f與v的定性關(guān)系，寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。五、注意事項(xiàng)1、保持導(dǎo)軌和滑塊清潔，不能碰砸。未通氣時(shí)，不能將滑塊放在導(dǎo)軌上滑動(dòng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，先取下滑塊，后關(guān)閉氣源。2、注意用電安全。六、數(shù)據(jù)記錄與處理表1.動(dòng)態(tài)調(diào)平實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)msmsmsmsmsms表2. 速度的測(cè)量（）項(xiàng)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(cè)量（，L= cm） 項(xiàng)目次序V1(cm/s)V2(cm/s)(cm/s2)(cm/s2)(cm/s2)h1= cm1234h2= cm1234h3= cm1234h4= cm1234七、實(shí)驗(yàn)結(jié)論1、關(guān)于牛頓第二定律的驗(yàn)證：2、關(guān)于滑塊所受的氣體阻力與滑塊運(yùn)動(dòng)速度的關(guān)系：八、誤差分析與習(xí)題1、若改變本實(shí)驗(yàn)的某一個(gè)條件（如改變下滑的初速度、滑塊