氣墊導(dǎo)軌實(shí)驗(yàn).doc

1、氣墊導(dǎo)軌實(shí)驗(yàn)氣墊導(dǎo)軌是一種阻力極小的力學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置。它利用氣源將壓縮空氣打入導(dǎo)軌型腔，再由導(dǎo)軌表面上的小孔噴出氣流，在導(dǎo)軌與滑行器之間形成很薄的氣膜，將滑行器浮起，并使滑行器能在導(dǎo)軌上作近似無(wú)阻力的直線運(yùn)動(dòng)。 氣墊導(dǎo)軌表面小孔噴出的壓縮空氣，將滑行器浮起，使運(yùn)動(dòng)時(shí)的接觸摩擦阻力大為減小，從而可以進(jìn)行一些較為精確的定量研究。工業(yè)上利用氣墊技術(shù)，還可以減少機(jī)械或器件的磨損，延長(zhǎng)使用壽命，提高速度和機(jī)械效率，所以，氣墊技術(shù)在機(jī)械、紡織、運(yùn)輸?shù)裙I(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，如氣墊船、空氣軸承、氣墊輸送線等。利用氣墊導(dǎo)軌可以實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有很多，主要有：1、測(cè)定勻加速直線運(yùn)動(dòng)的速度，并驗(yàn)證勻加速直線運(yùn)動(dòng)公式；2

2、、驗(yàn)證動(dòng)量定理和動(dòng)量守恒定律；3、驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律；4、彈簧振子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律；5、受迫振動(dòng)-振子質(zhì)量與共振，頻率和振幅的關(guān)系；6、物體在液體中的運(yùn)動(dòng)；7、可變質(zhì)量的牛頓第二定律?！緝x器介紹】一、導(dǎo)軌部分1、導(dǎo)軌是用一根平直、光滑的三角形鋁合金制成，固定在一根剛性較強(qiáng)的鋼梁上。導(dǎo)軌長(zhǎng)為1.5m，軌面上均勻分布著孔徑為0.6mm的兩排噴氣小孔，導(dǎo)軌一端封死，另一端裝有進(jìn)氣嘴。氣泵將壓縮空氣送入空腔管后，再由小孔高速?lài)姵?。托起滑行器，滑行器漂浮的高度，視氣流大小及滑行器重量而定。為了避免碰傷，?dǎo)軌兩端及滑軌上都裝有彈射器。在導(dǎo)軌上安放滑塊，在導(dǎo)軌下裝有調(diào)節(jié)水平用的底腳螺絲和用于測(cè)量光電門(mén)位置的標(biāo)尺。

3、雙腳端的螺釘用來(lái)調(diào)節(jié)軌面兩側(cè)線高度，單腳端螺釘用來(lái)調(diào)節(jié)導(dǎo)軌水平?；蛘邔⒉煌穸鹊膲|塊放在導(dǎo)軌底腳螺釘下，以得到不同的斜度?；喓晚来a用于對(duì)滑行器施加外力。整個(gè)導(dǎo)軌通過(guò)一系列直立的螺桿安裝在口字形鑄鋁梁上。2、滑塊是導(dǎo)軌上的運(yùn)動(dòng)物體，是由長(zhǎng)約0.1000.300米的角鋁做成的。其角度經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)，內(nèi)表面經(jīng)過(guò)細(xì)磨，與導(dǎo)軌的兩個(gè)上表面很好吻合。當(dāng)導(dǎo)軌的噴氣小孔噴氣時(shí)，在滑塊和導(dǎo)軌之間形成一層厚約0.05-0.20mm流動(dòng)的空氣薄膜氣墊（氣墊厚度由滑塊重量確定）。這層薄膜就成為極好的潤(rùn)滑劑，這時(shí)雖然還存在氣墊對(duì)滑塊的粘滯阻力和周?chē)諝鈱?duì)滑塊的阻力，但這些阻力和通常接觸摩擦力相比，是微不足道的，它消除了導(dǎo)軌

4、對(duì)運(yùn)動(dòng)物體（滑塊）的直接摩擦，因此滑塊可以在導(dǎo)軌上作近似無(wú)摩擦的直線運(yùn)動(dòng)。滑塊中部的上方水平安裝著擋光片，與光電門(mén)和計(jì)時(shí)器相配合，測(cè)量滑塊經(jīng)過(guò)光電門(mén)的時(shí)間或速度。滑塊上還可以安裝配重塊（即金屬片，用以改變滑塊的質(zhì)量）、尼龍扣、彈射器及彈簧片等附件，用于完成不同的實(shí)驗(yàn)。滑塊必須保持其縱向及橫向的對(duì)稱(chēng)性，使其質(zhì)心位于導(dǎo)軌的中心線且越低越好，至少不宜高于碰撞點(diǎn)。圖3 光電門(mén) 3、氣源為專(zhuān)用氣泵，用氣管與導(dǎo)軌連接。4、光電測(cè)量系統(tǒng)由光電門(mén)和光電計(jì)時(shí)器組成，其結(jié)構(gòu)和測(cè)量原理如圖2所示。當(dāng)滑塊從光電門(mén)旁經(jīng)過(guò)時(shí)，安裝在其上方的擋光片穿過(guò)光電門(mén)，從光電門(mén)發(fā)射器發(fā)出的紅外光被擋光片遮住而無(wú)法照到接收器上，此時(shí)接

5、受器產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)。在滑塊經(jīng)過(guò)光電門(mén)的整個(gè)過(guò)程中，擋光片兩次遮光，則圖 2接受器共產(chǎn)生兩個(gè)脈沖信號(hào)，計(jì)時(shí)器測(cè)出這兩個(gè)脈沖信號(hào)之間的時(shí)間間隔。它的作用與秒表相似：第一次擋光相當(dāng)于開(kāi)啟秒表（開(kāi)始計(jì)時(shí)），第二次擋光相當(dāng)于關(guān)閉秒表(停止計(jì)時(shí))。但這種計(jì)時(shí)方式比手動(dòng)秒表所產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差要小得多，光電計(jì)時(shí)器顯示的精度也比秒表高得多。如果預(yù)先確定了擋光片的寬度，即擋光片兩翼的間距，則可求得滑塊經(jīng)過(guò)光電門(mén)的速度。光電計(jì)時(shí)器是以單片機(jī)為核心，配有相應(yīng)的控制程序，具有計(jì)時(shí)1、計(jì)時(shí)2、碰撞、加速度、計(jì)數(shù)等多種功能?！肮δ苕I”兼具“功能選擇”和“復(fù)位”兩種功能：當(dāng)光電門(mén)沒(méi)遮過(guò)光，按此鍵選擇新的功能；當(dāng)光電門(mén)遮過(guò)光，

6、按此鍵則清除當(dāng)前的數(shù)據(jù)(復(fù)位)。轉(zhuǎn)換鍵則可以在計(jì)時(shí)1和計(jì)時(shí)2之間交替翻查24個(gè)時(shí)間記錄。二、智能數(shù)字計(jì)時(shí)器部分1、 概述csz型智能數(shù)字測(cè)時(shí)器（以下簡(jiǎn)稱(chēng)測(cè)時(shí)器）是一種通過(guò)測(cè)時(shí)儀器。與導(dǎo)軌的配合，可以進(jìn)行多種力學(xué)試驗(yàn)，測(cè)得精確可靠的計(jì)時(shí)數(shù)據(jù)，也可用于其他測(cè)時(shí)場(chǎng)合。測(cè)時(shí)器有二路光電門(mén)信號(hào)輸入（電脈沖信號(hào)輸入）和一路電頻率信號(hào)輸入。機(jī)器連接的光電門(mén)被擋光時(shí)，測(cè)時(shí)器可測(cè)得二次擋光之間的時(shí)間（范圍可在50s99s之間）。利用頻率輸入口，可測(cè)得輸入信號(hào)的頻率（可測(cè)頻率范圍1hz500khz）。2、 技術(shù)參數(shù) 2.1 測(cè)時(shí) 測(cè)時(shí)范圍：50s99s 分辨率：1s精度：50s（最大時(shí)間測(cè)量范圍為1s時(shí)） 0.5

7、ms（最大時(shí)間測(cè)量范圍為10s時(shí)）2.2 計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)最大容量：99999999 信號(hào)間最小時(shí)間間隔：1s2.3 頻率測(cè)量范圍：1hz500khz 分辨率：1hz精度：10hz（500khz輸入時(shí)） 1hz（1khz輸入時(shí)）輸入靈敏度：500mv（ppv） 輸入阻抗：200k2.4 顯示方式：8位led數(shù)碼管，小數(shù)點(diǎn)自動(dòng)定位。2.5 電源電壓：交流220v10%頻率：50hz 功耗：m2時(shí)，兩滑塊相碰后，二者沿相同的速度方向（與相同）運(yùn)動(dòng)；當(dāng)m1 m2時(shí)，二者相碰后運(yùn)動(dòng)的速度方向相反，m1將反向，速度應(yīng)為負(fù)值。2 完全非彈性碰撞將兩滑塊上的緩沖彈簧取去。在滑塊的相碰端裝上尼龍扣。相碰后尼龍扣將兩滑

8、塊扣在一起，具有同一運(yùn)動(dòng)速度，即 仍令則有 所以 當(dāng)m2=m1時(shí)，。即兩滑塊扣在一起后，質(zhì)量增加一倍，速度為原來(lái)的一半。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.安裝好光電門(mén)，光電門(mén)指針之間的距離約為50cm。導(dǎo)軌通氣后，調(diào)節(jié)導(dǎo)軌水平，使滑塊作勻速直線運(yùn)動(dòng)。計(jì)數(shù)器處于正常工作狀態(tài)，設(shè)定擋光片寬度為1.0厘米，功能設(shè)定在“碰撞”位置。調(diào)節(jié)天平，稱(chēng)出兩滑塊的質(zhì)量m1和m2。2.完全非彈性碰撞（1）在兩滑塊的相碰端安置有尼龍扣，碰撞后兩滑塊粘在一起運(yùn)動(dòng)，因動(dòng)量守恒，即 (2) 在碰撞前，將一個(gè)滑塊（例如質(zhì)量為m2）放在兩光電門(mén)中間，使它靜止（），將另一個(gè)滑塊（例如質(zhì)量為m1）放在導(dǎo)軌的一端，輕輕將它推向m2滑塊，記錄。 (3) 兩滑塊相碰后，它們粘在一起以速度v向前運(yùn)動(dòng)，記錄擋光片通過(guò)光電門(mén)的速度v。 (4) 按上述步驟重復(fù)數(shù)次，計(jì)算碰撞前后的動(dòng)量，驗(yàn)證是否守恒?？煽疾飚?dāng)m1=m2的情況，重復(fù)進(jìn)行。3.彈性碰撞 在兩滑塊的相碰端有緩沖彈簧，當(dāng)滑塊相碰時(shí)，由于緩沖彈簧發(fā)生彈性形變后恢復(fù)原狀，在碰撞前后，系統(tǒng)的機(jī)械能近似保持不變。仍設(shè)，則有參照“完全非彈性碰撞”的操作方法。重復(fù)數(shù)次，數(shù)據(jù)記錄于表中。數(shù)據(jù)記錄1、完全非彈性碰撞數(shù)據(jù)表 相同質(zhì)量滑塊碰撞： ， ， 次數(shù)碰 前碰 后百分偏差（）（）123不同質(zhì)量滑塊碰撞： ， ， 次數(shù)碰 前碰 后百分偏差（）（）1232、彈性碰撞數(shù)據(jù)表不同質(zhì)量滑塊碰撞