實驗二氣墊導軌上的實驗

實驗二氣墊導軌上的實驗氣墊導軌是為除去摩擦而設計的力學實驗的裝置，來自氣源的氣在開有密集小孔的導軌表面產生一層氣墊。物體運動在氣墊上，防止物體與導軌的直接接觸，很大程度上減少了物體與導軌表面的摩擦。利用氣墊導軌能夠進行很多力學實驗，如測定速度、加快度，考證牛頓第二定律，動量守恒定律，研究簡諧振動等?！緦嶒災康摹?、利用碰撞特例考證動量守恒定律。2、學習使用氣墊導軌和數(shù)字毫秒計。【實驗儀器】實驗裝置如圖1所示，主要由氣源、氣墊導軌、滑塊（上邊裝有檔光片）統(tǒng)（光電門、數(shù)字毫秒計）構成。

、光電計時系圖1氣墊導軌實驗表示圖實驗室用“吹塵器”作氣源。氣墊導軌簡稱氣軌，是一條橫截面為三角形的空芯軌道，軌道表面散布著很多吝嗇孔。氣軌一頭關閉，另一頭裝有進氣嘴，氣流從進氣嘴流入，經過吝嗇孔噴出，當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，滑塊的運動可視為是無摩擦的（氣墊的兩端裝有緩沖彈簧，免得滑塊沖出）。整個導軌布置在矩形梁上，梁下有三個用來調理水平的底腳螺絲。（3）滑塊m1、m2（m1~2m2）是實驗中互相碰撞的兩物體，m1、m2滑塊的內表面可與氣軌親密配合；上部裝有“凹”字形的檔光片，m1一端裝有緩沖彈簧，另一端粘有尼龍搭扣，m2一端粘有尼龍搭扣，另一端為圓滑端。（4）光電計時測速系統(tǒng)由光電門、數(shù)字毫秒計（包含滑塊上的檔光片）構成。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構成，也有使用紅外發(fā)光二極管和紅外光敏三極管構成的光電門。聚光燈和光敏管對置于軌道雙側，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“停”，實現(xiàn)計時。光電計時器在本實驗的工作特色是：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。固連于滑塊上的擋光片的有效部分為“凹”字形鋁片，當擋光片伴同滑塊經過光電門時，就使光敏管遇到兩次遮光，進而使計時器記下一段時間t與此段時間對應的擋光片的有效寬度x，如圖2所示。x運動方向圖2檔光片運動表示圖于是滑塊經過光電門的均勻速度為xt（1）m1、m2上的擋光片的有效寬度分別x不大，可將v近似地視為剎時速度。本實驗中，為x13.00cm、x21.00cm.毫秒計的用法此處不再詳述?！緦嶒炘怼慷?、速度與加快度物體作直線運動時，假如在t時間間隔內，經過的位移為x，則物體在t的時間間隔內的均勻速度V為：Vx（8）t當t趨近于零時，均勻速度的極限值就是該時刻（或是該地點）的剎時速度。當滑塊在氣墊導軌上運動時，經過丈量滑塊上的檔光片經過光電門的檔光時間t與檔光片的寬度x（見圖2），即可求出滑塊在t時間內的均勻速度v。因為檔光片寬度比較窄，能夠把平均速度近似地當作滑塊經過光電門的剎時速度。檔光片愈窄，相應的t就愈小，均勻速度就更加正確地反應滑塊在經過光電門地點時的剎時速度。本實驗中，滑塊上的U型擋光片的寬度為x13.00cm，條形擋光片的寬度為x21.00cm在水平氣軌上的滑塊，假如遇到水平方向的恒力作用（這個恒力由加上質量為m的重物來供給），則滑塊在氣軌上作勻加快度運動。分別丈量滑塊經過兩個光電門時的初速度V1和末速度V2，并測出兩個光電門的間距S，則滑塊的加快度a為：aV22V12（9）2S又設重物的質量為M，滑塊的質量為m，依據(jù)牛頓第二定律有：Mg=（m+M）a（10）則g(mM)a（11）M【實驗步驟】二、速度、加快度的丈量1．檢查光電門，使儲存式數(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．察看勻速直線運動——丈量速度輕輕推進滑塊，察看滑塊在氣軌上的運動，包含隨和軌兩頭的緩沖彈簧的碰撞狀況。分別記下滑塊經過兩個光電門時的速度V1和V2，試比較V1和V2的數(shù)值，若V1和V2之間的差別小于V1（或V2）的1％時，則導軌靠近水平，此時可近似以為滑塊作勻速直線運動；若V1和V2相差較大，可經過調理導軌底座螺釘使導軌水平。熟習丈量滑塊的速度。3．氣墊導軌調水平后，依據(jù)表2丈量滑塊在導軌上作勻速直線運動時任一地點處的瞬時速度V。4．加快度的丈量（1）在滑塊的一端利用掛鉤的絲線加上質量為m的物體，讓滑塊在物體的重力作用下運動，記錄滑塊經過兩光電門后計時器所顯示的時間t12或即時速度12、tV、V(取決于電腦計時器的功能)，此中V1x/t1，V2x/t2（x為擋光片的計時寬度）。將數(shù)據(jù)記入表3中，則滑塊運動的加快度a可按式（9）計算。（2）利用天均分別測出滑塊與物體的質量，依據(jù)式（11）求重力加快度g?！緮?shù)據(jù)記錄與辦理】3．速度、加快度的丈量數(shù)據(jù)記錄表以下表2、表3。表2速度的丈量數(shù)據(jù)待丈量次數(shù)x(m)t(s，ms)V(m/s)123456均勻值表3加快度的丈量數(shù)據(jù)待丈量次數(shù)x(m)t(s，ms)t(s，ms)2)12123456【注意事項】1.使用氣墊導軌時，切勿屢次用手觸碰導軌，免得加大導軌摩擦力。2.進行丈量時，應保證導軌先通氣，再放滑