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gmMkb1,则式(2-19)成立。 2.保持外力...