斜面之加速度測量及線動量守恒

1、實驗三斜面之加速度測量及線動量守恆目的     利用光電閘研究物體在無摩擦斜面上的運動。原理     本實驗之基本原理相當(dāng)容易。試考慮一質(zhì)量為 m 的物體在一與水平面斜角為q的無摩擦斜面上（如圖）。     此物體的運動由重力mg沿斜面方向的分量F決定，F(xiàn)的大小為：                  

2、;                     (1)                               

3、;           (2)其中 h、s 分別為斜面的高度與長度（見圖）。圖由牛頓第二運動定律                                  

4、60;           (3)合併 (1) (3) 可得物體沿斜面之加速度a                 。                  

5、0;      (4)(2) 代入 (4) 可得 。                        (5)儀器     氣墊軌道及滑行體、光電閘組、墊高用圓鐵塊、全對數(shù)紙、方格紙。 本實驗有二主要儀器：一是氣墊軌道，一是光電閘。氣墊軌道原理和氣墊船類似，物體與斜面用一層

6、氣墊隔開以減少摩擦力。圖a.圖b.光電閘基本上是由一個紅外光發(fā)射器 () 和一個紅外光偵側(cè)器 () 所構(gòu)成（圖a.），當(dāng)一物體經(jīng)過 、 之間，光路被物體遮斷， 測不到 發(fā)出之訊號。圖b. 即為一物行經(jīng) - 光路在 所測得之光訊號，在 t 時，物體前端擋住 - 光路；在  時，物體末端離開 光路，物體行經(jīng) - 之間的時間為 。 可由電子電路 讀出，此外 也可讀出物體經(jīng)過不同光電閘所經(jīng)之時間（實際光電閘之使用方法詳見附錄 1-1）。方法     實驗裝置如圖，斜面是由一端墊鐵塊（高）的氣墊軌道擔(dān)任，光電閘和可測滑行體經(jīng)過不同位置的時間和速

7、度。圖 氣墊軌道裝置圖請注意，本實驗中滑行體之有效長度為其上所載遮光板的長度Dx，因為滑行體只有這部分經(jīng)過光電閘之光路。遮光板經(jīng)光電閘II之時間t2可測得，滑行體之瞬時速度可以 v=Dx/t2 來做近似。固定光電閘，並使物體由光電閘從靜止開始滑落，移動光電閘到不同位置，我們可測得x，v 對時間t  的函數(shù)，由此可求得加速度 a及重力加速度g。步驟注意事項：a.  勿刮傷軌道表面。先打開送風(fēng)機，使軌道表面的氣體足以支撐滑行體的重     量，切勿再這動作前，將滑行體置於氣墊軌道上滑動。b.  使用送風(fēng)機送風(fēng)時，開關(guān)旋

8、鈕約轉(zhuǎn)至“4”；關(guān)閉時，旋鈕轉(zhuǎn)至“0”。c.  光電閘使用後記得關(guān)機，以避免乾電池枯竭。1.  以送風(fēng)管連接送風(fēng)機和軌道，將滑行體置於軌道中央，打開送風(fēng)機同時調(diào)整、 旋鈕（如圖所示）使中間的滑行體能靜止不動，如此即達水平校正。再以鐵塊墊高尾端即形成一無摩擦之斜面。2. 將光電閘組裝置位置如圖所示。光電計時器設(shè)定功能6。（參照實驗二附錄了解使用方法）3.  將光電閘置於 圓鐵塊上坡位置，移動光電閘至距光電閘I15 cm 處，即 x = 15      cm，將滑行體的遮光板恰好座落在光電閘上坡處，使滑行體由處自靜止開始滑落，記

9、錄下時間 t。圖 光電閘組裝置圖4.  按光電計時器按鈕1為遮光板Dx經(jīng)過光電閘I的時間，按鈕2為測量滑行體上端遮光板Dx經(jīng)過光電閘之時間t2，則平均速度為Dx/t2，來表示物體 Dx在該位置之瞬時速度。5.  移動光電閘，改變 x，重覆步驟 3.、4.，測量另一組數(shù)據(jù)。請每隔 15 公分      測量一次，至 x=150 公分為止。6.  將所得數(shù)據(jù)，製成x-t 及v-t的關(guān)係曲線，並由圖中分析出a值。從    g=a/sinq決定g值。預(yù)習(xí)問題1.  為什麼物體一定要從

10、光電閘開始靜止滑落，如果不這樣做對實驗有否影響？2.全對數(shù)座標(biāo)紙對本實驗有無好處？半對數(shù)紙呢？結(jié)果與分析1.  記錄           公分；           。次數(shù)xtt1v1=Dx/t1t2v2=Dx/t2123456789102.  在全對數(shù)紙上畫出 x-t 及v-t圖並決定  及  關(guān)係式中之      未知數(shù) ,a ,p 及 b 。3.  由,a ,p 及b  決定加速度 a 之大小，並算出重力加速度 。4.  決定你所測得 g 之誤差範(fàn)圍。思考問題1.  理論上我們可以很容易得到當(dāng)初速度 0 時，x 和 t之關(guān)係如下：                 ，