斜面之加速度测量及线动量守恒

斜面之加速度测量及线动量守恒 ????? 斜面之加速度測量及線動量守恆 實驗三 目的 利用光電閘研究物體在無摩擦斜面上的運動。 原理 本實驗之基本原理相當容易。詴考慮一質量為 m 的物體在一與水平面斜角 為的無摩擦斜面上:如圖,:。 , 此物體的運動由重力mg沿斜面方向的分量決定,F的大小為: F (1) (2) 其中、分別為斜面的高度與長度:見圖,:。 hs 圖, 由牛頓第二運動定律 (3) 合併可得物體沿斜面之加速度 (1) (3) a 。 (4) 代入可得 (2) (4) 。 (5) 儀器 氣墊軌道及滑行體、光電閘組、墊高用圓鐵塊、全對數紙、方格紙。 本實驗有二主要儀器:一是氣墊軌道,一是光電閘。氣墊軌道原理和氣墊船類似,物體與斜面用一層氣墊隔開以減少摩擦力。 圖, 圖, a.b. 光電閘基本上是由一個紅外光發射器,和一個紅外光偵側器,所構成 () () :圖,:,當一物體經過,、,之間,光路被物體遮斷,,測不到,發a. 出之訊號。圖,即為一物行經,,光路在,所測得之光訊號,在 t 時,b. - 物體前端擋住,,光路;在 時,物體末端離開,,,光路,物體行經, - ,之間的時間為。可由電子電路,讀出,此外,也可讀出物- 體經過不同光電閘所經之時間:實際光電閘之使用方法詳見附錄:。 1-1方法 實驗裝置如圖,,斜面是由一端墊鐵塊:高,:的氣墊軌道擔任,光電閘?和?可測滑行體經過不同位置的時間和速度。 圖,氣墊軌道裝置圖 請注意,本實驗中滑行體之有效長度為其上所載遮光板的長度,因為滑行體x, t可測得,滑行體之只有這部分經過光電閘之光路。遮光板經光電閘II之時間2 t瞬時速度可以 v=x/ 來做近似。固定光電閘?,並使物體由光電閘?從靜止開,2 始滑落,移動光電閘?到不同位置,我們可測得,對時間t 的函數,由此可xv 求得加速度 a及重力加速度g。 步驟 注意事項: 勿刮傷軌道面。先打開送風機,使軌道表面的氣體足以支撐滑行體的重 a. 量,切勿再這動作前,將滑行體置於氣墊軌道上滑動。 使用送風機送風時,開關旋鈕約轉至;關閉時,旋鈕轉至。 b.“4”“0” 光電閘使用後記得關機,以避免乾電池枯竭。 c. 1. 以送風管連接送風機和軌道,將滑行體置於軌道中央,打開送風機同時調整,、,旋鈕:如圖,所示:使中間的滑行體能靜止不動,如此即達水平校正。 再以鐵塊墊高尾端即形成一無摩擦之斜面。 2. 將光電閘組裝置位置如圖,所示。光電計時器設定功能6。:參照實驗二附錄了解使用方法: 3. 將光電閘?置於圓鐵塊上坡位置,移動光電閘?至距光電閘I處,即 x 15 cm = 15 cm,將滑行體的遮光板恰好座落在光電閘?上坡處,使滑行體由?處自靜止開始滑落,記錄下時間。 t 圖,光電閘組裝置圖 4. 按光電計時器按鈕〝1〞為遮光板x經過光電閘I的時間,按鈕〝2〞為測量, t,則平均速度為,來表示物體 x滑行體上端遮光板x經過光電閘?之時間tx/,,,22在該位置之瞬時速度。 5. 移動光電閘?,改變,重覆步驟、,測量另一組數據。請每隔公 x 3.4. 15 分 測量一次,至 x=150 公分為止。 6. 將所得數據,製成x-t 及v-t的關係曲線,並由圖中分析出a值。從 g=a/sin,決定g值。 預習問題 1. 為什麼物體一定要從光電閘?開始靜止滑落,如果不這樣做對實驗有否影響, 2.全對數座標紙對本實驗有無好處,半對數紙呢, 結果與分析 1. 記錄 公分; 。 次 x t t1 2 tv1=,x/t1 v2=,x/t2 數 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 2. 在全對數紙上畫出 x-t 及v-t圖並決定 及 關係式中之 未 知數及。 , ,p ,, 3. 由決定加速度 a 之大小,並算出重力加速度。 及 , ,p ,, 4. 決定你所測得 g 之誤差範圍。 思考問題 1. 理論上我們可以很容易得到當初速度時,和之關係如下: 0 x t , 即 。 假如實驗上測得為,你認為這樣的結果合於理論嗎,假設我們可將 a 2.10.2 實驗誤差減小許多,而得到 a 為,這時你認為理論還正確嗎, 2.100000.00005 2. 討論本實驗可能之誤差來源。 豆丁致力于构建全球领先的文档发布与销售平台,面向世界范围提供便捷、安全、专业、有效的文档营销服务。包括中国、日本、韩国、北美、欧洲等在内的豆丁全球分站,将面向全球各地的文档拥有者和代理商提供服务,帮助他们把文档发行到世界的每一个角落。豆丁正在全球各地建立便捷、安全、高效的支付与兑换渠道,为每一位用户提供优质的文档交易和账务服务。