气垫导轨上测量速度和加速度

实验三 气垫导轨上测量速度和加速度 【目的】 1.学习气垫导轨和数字毫秒计的正确使用。 2.掌握在气垫导轨上测量平均速度、瞬时速度和加速度的方法。 3.研究力、质量和加速度之间的关系。 【原理】 利用从导轨表面上的小孔喷出的压缩空气，使导轨表面与滑块之间的摩擦力大大减小，气轨上的滑块运动几乎可以看做是无摩擦的运动。当气轨水平放置时，自由漂浮的滑块所受的合外力为零，因此，滑块在气轨上可以静止，或以一定的速度作匀速直线运动。在滑块上装一与滑块运动方向严格平行、宽度为 L的挡光板，当滑块经过设在某位置上的光电门时，挡光板将遮住照在光敏管上的光束，因为挡光板宽度一定，遮光时间的长短与滑块通过光电门的速度成反比，测出挡光板的宽度L和遮光时间 t ，则滑块通过光电门的平均速度为： tLv (2 -1 3 ) 若L很小，则在L范围内滑块的速度变化也很小，故可以把平均速度看成是滑块经过光电门的瞬时速度。L越小，则平均速度越准确地反映该位置上滑块的瞬时速度，显然，如果滑块作匀速直线运动，则滑块通过设在气轨任何位置的光电门时瞬时速度都相等，毫秒计上显示的时间相同，在此情形下，滑块速度的测量值与 L的大小无关。 若滑块在水平方向受一恒力作用，滑块将作匀加速直线运动，分别测出滑块通过相距 S 的2 个光电门的始末速度1v 和2v ，则滑块的加速度： Svva22122  (2-14) 根据牛顿第二定律 F＝ m a (2-15) 如图 2-11 所示，水平气轨上质量为 M 的滑块 A，用细绳通过轻滑轮 B 与砝码 C 相连，在忽略各摩擦力，不计线的质量，线不伸长的条件下，对于滑块 A，根据牛顿第二定律有 T＝ M a (2-16) 式中 T 为绳子的张力，对于质量为 m 的砝码，根据牛顿第二定律有 m g － F＝ m a (2-17) 由式（2-16）和式（2-17）得 m g ＝（M＋m ）a (2-18) 式（2-18）表明，当系统总质量保持不变时，加速度与合外力成正比，当合外力保持恒定时，加速度与系统总重量成正比，若实验证明了式（2-18）成立，亦即验证了牛顿第二定律。 1.保持系统总质量不变，研究外力与加速度的关系 由式（2-18）得： 图 2 -1 1 验证实验装置 akagmMm1 （2-19） 实验可测得对应与不同的m 的加速度a ，以m 为纵坐标，a 为横坐标做关系曲线，若①各实验点的连线为一条直线；②该直线过坐标；③该直线的斜率gmMkb1，则式(2-19)成立。 2.保持外力...