(2-17)图2-11验证实验装置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AL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AL和遮光时间At，则滑块通过光电门的平均速度为：ALv=（2-13）At若AL很小，则在AL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。AL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AL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v和v，则滑块的加速度：12v2—V2a—」—2S(2-14)根据牛顿第二定律F=ma(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=Ma（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mg—F=ma由式（2-16）和式（2-17）得mg=（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：2-20)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各一M+m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b二k二，贝y式(2-19)成1g立。2.保持外力mg不变，研究系统质量与加速度的关系由式(2-18)得：mg1=k1a2a实验可得对应于不同M的加速度a，以(M+m)为纵坐标，丄为横坐标，做其关系曲线,a若①各实验点的连线为一条直线；②该直线过坐标原点；③该直线的斜率为b=k2=mg，贝9式(2-20)成立。【仪器】气垫导轨，数字毫秒计。【实验内容与步骤】1.保持系统总质量不变，研究外力与加速度的关系①启动气源向气轨送气，用清洁的棉纱沾酒精擦拭导轨表面及滑块内表面。②在装有与滑块运动方向严格平行的U型挡光板的滑块上，放4〜5个砝码(每个5.00g),将滑块放在导轨上轻轻推一下，使之来回运动，用数字毫秒计测量滑块通过相距50.00mm的2个光电门的时间，仔细调节导轨底脚螺丝(应调节单脚螺丝)，使导轨持水平状态。③将质量为5.00g的砝码盘用细绳饶过定滑轮系到滑块上，将滑块置于远离滑轮的另一端的某一个固定位置，待砝码盘不动后释放滑块，使其由静止开始作匀加速运动，分别记下滑块经过2个光电门的时间At和At，测量重复3次。12④从滑块上取下一个砝码放在砝码盘中(这样既改变了力的大小，又保证了系统总质量不变，即此时m=10.00(g)o由同一个固定位置释放，测出滑块经过2个光电门的时间A［和A］。同样重复3次。重复上述步骤，每次从滑块上取下一个砝码放入砝码盘中，直至m=25.00go各数据均填入表2-3中。2.保持外力不变，研究系统质量与加速度的关系①在滑块上放置3块铁块，重新检查导轨，使之为水平状态。②将装有砝码的砝码盘(即m=15g)，绕过定滑轮系到滑块上，用实验内容1的方法测出滑块通过2个光电门的时间，重复3次。③每次从滑块上取走一块铁块，测量对应于不同质量的系统时，滑块经过2个光电门的时间，各重复3次，数据填入表2-4中。,At/smg123平均123平均50.0010.0015.00¥/k2-cm-1表2-3外力与加速度关系的测量数据M+m=gAL=cmS=cmvCm-s-1)vCm-s-1)12表2-4质量与加速度关系的测量...
