實驗四 氣軌上測量滑塊的速度和加速度

1、實驗四實驗四 氣軌上測量滑塊的速度和加速度氣軌上測量滑塊的速度和加速度 【實驗?zāi)康摹?.掌握氣墊導(dǎo)軌上測量滑塊的速度和加速度的一種方法。2.學(xué)習(xí)使用氣墊導(dǎo)軌和數(shù)字毫秒計。v【實驗儀器】v氣墊導(dǎo)軌，滑塊，墊塊，遮光片，光電門，數(shù)字毫秒計，氣源，螺旋測微器，游標(biāo)卡尺。 1導(dǎo)軌: 導(dǎo)軌是由長1.5-2.0 m的三角形中空鋁型材制成軌面上兩側(cè)各有兩排直徑為0.4-0.6 mm的噴氣孔導(dǎo)軌一端裝有進(jìn)氣嘴，當(dāng)壓縮空氣進(jìn)入管腔后，就從小孔噴出，在軌面與軌上滑塊之間形成很薄的空氣膜(即所謂氣墊)，將滑塊從導(dǎo)軌面上托起(約0.15 mm)，從而把滑塊與導(dǎo)軌之間接觸的滑動摩擦變成為空氣層之間的氣體內(nèi)摩擦，極大地減

2、小了摩擦力的影響導(dǎo)軌兩端有緩沖彈簧，一端安有滑輪整個導(dǎo)軌安在鋼梁上，其下有三個用以調(diào)節(jié)導(dǎo)軌水平的底腳螺絲。2滑塊v 用角形鋁材制成，其兩側(cè)內(nèi)表面和導(dǎo)軌面精密吻合滑塊兩端裝有緩沖器，其上面可安置擋光片或附加重物3光電門 它由聚光燈泡和光電管組成光電管與數(shù)字毫秒計相接當(dāng)有光照到光電管上時，光電管電路導(dǎo)通，這時如擋住光路，光電管為斷路，通過數(shù)字毫秒計門控電路，輸出一脈沖使數(shù)字毫秒計開始或停止計時滑塊上的擋光片在光電門中通過一次，數(shù)字毫秒計將顯示出從開始計時到停止計時相應(yīng)的時間t如相應(yīng)的擋光片寬度為d，則可得出滑塊通過光電門的平均速度 ： vtdv 4擋光片 由金屬片制成，呈U字形，d是擋光片第一前沿

3、到第二前沿的距離。使用d值小的擋光片可以使測出的平均速度接近瞬時速度，即減小系統(tǒng)誤差但是d小時，相應(yīng)的t也將變小，這時t的相對誤差將變大，所以測量速度時，不宜于用d很小的擋光片至于平均速度和瞬時速度的差異可以另行設(shè)法補(bǔ)正 5使用氣軌的注意事項 (1)防止碰傷軌面和滑塊：滑塊與軌面之間只有不到0.2 mm的間隙，如果軌面和滑塊內(nèi)表面被碰傷或變形，則可能出現(xiàn)接觸摩擦使阻力顯著增大 (2)檢查軌面噴氣孔是否堵塞：氣軌供氣后，用薄的小紙條逐一檢查氣孔，發(fā)現(xiàn)堵塞要用細(xì)鋼絲通一下(3)用紗布沾少許酒精擦拭軌面及滑塊內(nèi)表面(4)氣軌未供氣時，不要在軌上推動滑塊存儲式數(shù)字毫秒計 存儲式數(shù)字毫秒計具有存儲功能，

4、時基精度高（微秒級）的測量時間間隔的數(shù)字計量儀器?？勺鲇嫊r、計數(shù)等使用。可與J2125型氣墊導(dǎo)軌、J0471型自由落體儀、J2127型斜槽軌道等配合使用，來測量速度、加速度、重力加速度、周期等物理量和碰撞等實驗，并直接顯示實驗的速度和加速度的值。一、面板說明1.數(shù)據(jù)顯示窗口：顯示測量數(shù)據(jù)、光電門故障信息。2.單位顯示： s 、ms、cm/s、cm/s2或不顯示（計數(shù)時不顯示單位）3.功能選擇指示：4功能鍵： 功能選擇5清零鍵： 清除所有實驗數(shù)據(jù)6停止鍵： 停止測量，進(jìn)入循環(huán)顯示數(shù)據(jù)或鎖存顯示數(shù)據(jù)。76V/同步鍵： 與J04217型自由落體實驗儀或J2127型斜槽軌道配合使用。 CS1S2Tag

5、ColSgl計數(shù) 遮光時間 間隔計時 振子周期 加速度 重力加速度 碰撞 時標(biāo) 二、操作使用說明1實驗準(zhǔn)備工作，光電門和顯示器件的自檢。1.1 實驗準(zhǔn)備工作：（1）將兩個光電門插頭插入1號、2號光電門插座；（2）接上220V交流電源，打開電源開關(guān)；（3）開機(jī)后自動進(jìn)入自檢狀態(tài)；依次按功能鍵，選擇需要的功能，循環(huán)順序如下：1.2光電門和顯示器件的自檢 開機(jī)或按功能鍵選擇自檢功能，都將進(jìn)入自檢狀態(tài)。 當(dāng)光電門無故障時，屏幕循環(huán)顯示各顯示器件，當(dāng)光電門發(fā)生故障（如：接觸不良、損壞、遮擋光電門輸入電路出現(xiàn)故障等）時，屏幕將閃爍著該光電門的號碼，不做循環(huán)顯示工作。這時，必須先排除故障，程序才能繼續(xù)運(yùn)行。

6、“S1”遮光計時 用擋光片對任意一個光電門一次遮光，屏幕依次顯示出遮光次數(shù)和遮光時間。可連續(xù)作1255次實驗，但只存儲前10個數(shù)據(jù)。按停止鍵，立即進(jìn)入循環(huán)顯示存儲的數(shù)據(jù)狀態(tài)。按清零鍵，清除所有實驗數(shù)據(jù)，又可重新做實驗?！癝2”間隔計時 用擋光框?qū)θ我庖粋€光電門依次擋光，屏幕依次顯示出擋光間隔的次數(shù)和擋光的時間。可連續(xù)做1255次實驗，只存儲前10個數(shù)據(jù)。按停止鍵，先依次顯示測量的間隔時間數(shù)據(jù)，再依次顯示與之對應(yīng)的速度數(shù)據(jù)，并反復(fù)循環(huán)?！癮”測加速度 配合J2125型系列氣墊導(dǎo)軌、擋光框和兩個光電門作運(yùn)動物體的加速度實驗。運(yùn)動體上的擋光框通過兩個光電門之后自動進(jìn)入循環(huán)顯示：1：擋光框通過第一個光

7、電門（不是指1號光電門，是指實驗的順序）的時間間隔。2：擋光框從第一個光電門運(yùn)動至第二個光電門的間隔時間。3：擋光框通過第二個光電門的時間間隔。V1：擋光框通過第一個光電門的速度；V2：擋光框通過第二個光電門的速度；a ：擋光框通過第一個光電門至第二個光電門之間的運(yùn)動加速度。并反復(fù)循環(huán)顯示上述6個數(shù)據(jù)。按清零鍵，清除所有實驗數(shù)據(jù)，又可重新做實驗。 【實驗原理】 v1、測量滑塊的速度v物體作直線運(yùn)動時，如果在某時刻 到 的時間間隔內(nèi)，通過的位移為 ，則物體在該 的時間間隔內(nèi)的平均速度 為v該時刻 的瞬時速度 為tttxtxtt0limtxt v顯然， 越小， 就越接近于瞬時速度。在實驗中要測量物

8、體在某時刻(或某位置)的瞬時速度是無法實現(xiàn)的，通常是選取較小的 ，以保證 很小，在一定的誤差范圍內(nèi)用平均速度代替瞬時速度。 txt2、測量滑塊的加速度 如圖所示，物體由靜止出發(fā)沿斜面作下滑運(yùn)動，在摩擦阻力忽略不計的情況下，物體作勻加速直線運(yùn)動。則有 兩式相減，得： 22112222asas；22212asv即 v v可見，只要測量出物體在A點和B點的速度及AB間的距離，就可以算出物體的加速度。2221(41)2as3、測量重力加速度 此外，根據(jù)牛頓第二定律可得：當(dāng) 很小時，有，則 有 (4-2)由上式可見，只要測量出L和h以及滑塊在傾斜氣墊導(dǎo)軌上的加速度 ，就可以算出當(dāng)?shù)氐奈矬w加速度g值。 s

9、inga hsintgLhagLLgaha【實驗內(nèi)容】一、檢查數(shù)字毫秒計的工作情況1.首先掌握數(shù)字毫秒計面板上各開關(guān)、按鈕和插座的用途，正確連接好數(shù)字毫秒計和光電門之間的連線。2.打開儀器電源開關(guān)，電源指示燈和數(shù)碼管應(yīng)全部點亮。選擇功能置于“ ” 。3.用手指遮擋任意一只光電二極管，毫秒計開始不斷計數(shù)，再遮擋一下，計數(shù)停止。4.按下“清零”按鈕，顯示數(shù)字復(fù)零，表示儀器工作正常。2S二、調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌水平1.粗調(diào)：調(diào)節(jié)導(dǎo)軌下的三只底腳螺絲，使導(dǎo)軌大致水平。2.靜態(tài)調(diào)平：將滑塊放在導(dǎo)軌上，接通氣源，這時滑塊在導(dǎo)軌上自由運(yùn)動，調(diào)節(jié)導(dǎo)軌的單腳底腳螺絲，使滑塊基本靜止。3.動態(tài)調(diào)平：將兩個光電門相距60c

10、m左右。在滑塊上安放開槽遮光片，選擇 “ s2 ” 。輕輕推動滑塊，分別讀出遮光片通過兩個光電門的時間 和 ，反復(fù)調(diào)節(jié)單腳螺絲，使它們相差很小，認(rèn)為氣墊導(dǎo)軌基本水平。1t2t三、測量滑塊的速度1.在導(dǎo)軌的單腳螺絲下墊放一厚度為1cm的墊塊。2.用游標(biāo)卡尺測量U型遮光片的寬度，如圖所示。 （或 )。3.使滑塊從導(dǎo)軌墊高的一端某一固定位置由靜止開始下滑，記下遮光片通過第二光電門的時間 ，重復(fù)五次，求出 ，算 。2t2t212xbb 43bbx四、測量滑塊的加速度1.用米尺測量兩光電門之間的距離。2.將滑塊從導(dǎo)軌墊高端滑下，分別記下遮光片經(jīng)過兩光電門的時間 和 ，計算 、 和a。3.重復(fù)上述步驟2測量5次，將數(shù)據(jù)填入表4-2中，并計算出 。1t2t12a五、測量重力加速度v1.按圖，用米尺測量單腳底腳螺絲到另外兩個底腳螺絲連線間的距離L，用螺旋測微器測量墊塊的厚度h。將數(shù)據(jù)填入表4-3中。v2.按式（4-2）計算重力加速度g值，計算不確定度。Lgah【測量數(shù)據(jù)】次數(shù)12345平均mmx/st /212/()m s表4-1表4-2次數(shù)12345平均cms/mmx/st /1st /2)/(11smv)/(12smv)/(2sma表4-3次數(shù) 12345平均 L/cm h/mm 【注意事項】v1.導(dǎo)軌使用前，須用絲綢蘸酒精將導(dǎo)軌表面和滑塊