實(shí)驗(yàn)二氣墊導(dǎo)軌上的實(shí)驗(yàn)驕陽教育

1、實(shí)驗(yàn)二 氣墊導(dǎo)軌上的實(shí)驗(yàn)氣墊導(dǎo)軌是為消除摩擦而設(shè)計的力學(xué)實(shí)驗(yàn)的裝置，來自氣源的氣在開有密集小孔的導(dǎo)軌表面產(chǎn)生一層氣墊。物體運(yùn)動在氣墊上，避免物體與導(dǎo)軌的直接接觸，很大程度上減少了物體與導(dǎo)軌表面的摩擦。利用氣墊導(dǎo)軌可以進(jìn)行許多力學(xué)實(shí)驗(yàn)，如測定速度、加速度，驗(yàn)證牛頓第二定律，動量守恒定律，研究簡諧振動等?！緦?shí)驗(yàn)?zāi)康摹?、利用碰撞特例驗(yàn)證動量守恒定律。2、學(xué)習(xí)使用氣墊導(dǎo)軌和數(shù)字毫秒計。【實(shí)驗(yàn)儀器】實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示，主要由氣源、氣墊導(dǎo)軌、滑塊（上面裝有檔光片）、光電計時系統(tǒng)（光電門、數(shù)字毫秒計）組成。圖1 氣墊導(dǎo)軌實(shí)驗(yàn)示意圖實(shí)驗(yàn)室用“吹塵器”作氣源。氣墊導(dǎo)軌簡稱氣軌，是一條橫截面為三角形的空芯軌道，

2、軌道表面分布著許多小氣孔。氣軌一頭封閉，另一頭裝有進(jìn)氣嘴，氣流從進(jìn)氣嘴流入，通過小氣孔噴出，當(dāng)滑塊置于氣墊之上時，滑塊與軌道之間形成氣墊，將滑塊浮起，滑塊的運(yùn)動可視為是無摩擦的（氣墊的兩端裝有緩沖彈簧，以免滑塊沖出）。整個導(dǎo)軌安置在矩形梁上，梁下有三個用來調(diào)節(jié)水平的底腳螺絲。（3）滑塊、（）是實(shí)驗(yàn)中相互碰撞的兩物體，、滑塊的內(nèi)表面可與氣軌密切配合；上部裝有“凹”字形的檔光片，一端裝有緩沖彈簧，另一端粘有尼龍搭扣，一端粘有尼龍搭扣，另一端為光滑端。（4）光電計時測速系統(tǒng)由光電門、數(shù)字毫秒計（包括滑塊上的檔光片）組成。 光電門是計時系統(tǒng)的信號接收裝置，主要由安裝在支架上的小聚光燈和光敏管組成，也有

3、使用紅外發(fā)光二極管和紅外光敏三極管組成的光電門。聚光燈和光敏管對置于軌道兩側(cè)，工作時聚光燈發(fā)光，光敏管接收光電信號。利用光敏管所接收的光照變化來控制毫秒計的“計”和“?！保瑢?shí)現(xiàn)計時。 光電計時器在本實(shí)驗(yàn)的工作特點(diǎn)是：光敏管第一次被遮光，開始計時，第二次被遮光，計時停止，故計時器記錄的是兩次遮光的時間間隔。x固連于滑塊上的擋光片的有效部分為“凹”字形鋁片，當(dāng)擋光片隨同滑塊通過光電門時，就使光敏管受到兩次遮光，從而使計時器記下一段時間與此段時間對應(yīng)的擋光片的有效寬度，如圖2所示。運(yùn)動方向圖2 檔光片運(yùn)動示意圖于是滑塊通過光電門的平均速度為 （1）不大，可將近似地視為瞬時速度。本實(shí)驗(yàn)中，、上的擋光片

4、的有效寬度分別為cm、cm. 毫秒計的用法此處不再詳述?！緦?shí)驗(yàn)原理】二、速度與加速度物體作直線運(yùn)動時，如果在時間間隔內(nèi)，通過的位移為，則物體在的時間間隔內(nèi)的平均速度v為： （8）當(dāng)趨近于零時，平均速度的極限值就是該時刻（或是該位置）的瞬時速度。當(dāng)滑塊在氣墊導(dǎo)軌上運(yùn)動時，通過測量滑塊上的檔光片經(jīng)過光電門的檔光時間與檔光片的寬度（見圖2），即可求出滑塊在時間內(nèi)的平均速度v。由于檔光片寬度比較窄，可以把平均速度近似地看成滑塊通過光電門的瞬時速度。檔光片愈窄，相應(yīng)的就愈小，平均速度就更為準(zhǔn)確地反映滑塊在經(jīng)過光電門位置時的瞬時速度。本實(shí)驗(yàn)中，滑塊上的u型擋光片的寬度為cm，條形擋光片的寬度為cm在水平氣

5、軌上的滑塊，如果受到水平方向的恒力作用（這個恒力由加上質(zhì)量為m的重物來提供），則滑塊在氣軌上作勻加速度運(yùn)動。分別測量滑塊通過兩個光電門時的初速度和末速度，并測出兩個光電門的間距s，則滑塊的加速度a為： （9）又設(shè)重物的質(zhì)量為m，滑塊的質(zhì)量為m，根據(jù)牛頓第二定律有： mg=（m+ m）a （10）則 （11） 【實(shí)驗(yàn)步驟】 二、速度、加速度的測量1檢查光電門，使存儲式數(shù)字毫秒計處于正常工作狀態(tài)（電腦計時器的使用參看說明書）。2觀察勻速直線運(yùn)動測量速度輕輕推動滑塊，觀察滑塊在氣軌上的運(yùn)動，包括和氣軌兩端的緩沖彈簧的碰撞情況。分別記下滑塊經(jīng)過兩個光電門時的速度v1和v2，試比較v1和v2的數(shù)值，若v

6、1和v2之間的差別小于v1（或v2）的1時，則導(dǎo)軌接近水平，此時可近似認(rèn)為滑塊作勻速直線運(yùn)動；若v1和v2相差較大，可通過調(diào)節(jié)導(dǎo)軌底座螺釘使導(dǎo)軌水平。熟悉測量滑塊的速度。3氣墊導(dǎo)軌調(diào)水平后，根據(jù)表2測量滑塊在導(dǎo)軌上作勻速直線運(yùn)動時任一位置處的瞬時速度v。4加速度的測量（1）在滑塊的一端利用掛鉤的絲線加上質(zhì)量為m的物體，讓滑塊在物體的重力作用下運(yùn)動，記錄滑塊經(jīng)過兩光電門后計時器所顯示的時間t1、t2或即時速度v1、v2(取決于電腦計時器的功能)，其中，（為擋光片的計時寬度）。將數(shù)據(jù)記入表3中，則滑塊運(yùn)動的加速度a可按式（9）計算。（2）利用天平分別測出滑塊與物體的質(zhì)量，根據(jù)式（11）求重力加速度g?！緮?shù)據(jù)記錄與處理】3速度、加速度的測量數(shù)據(jù)記錄表如下表2、表3。表2 速度的測量數(shù)據(jù)待測量次數(shù) (m) (s，ms)v(m/s)123456平均值表3 加速度的測量數(shù)據(jù)待測量次數(shù) (m)t1(s，ms)t2(s，ms)a(m/s2)123456【注意事項(xiàng)】1.使用氣墊導(dǎo)軌時，切勿頻繁用手觸碰導(dǎo)軌，以免加大導(dǎo)軌摩擦力。2.進(jìn)行測量時，應(yīng)保證導(dǎo)軌先通氣，再放滑塊。3.氣泵勿