气垫上的直线运动

气 垫 上 的 直 线 运 动 班级： 姓名： 日期： 地点： 【实验目的】： 1. 了解气垫导轨、光电计时器的原理，学会对气垫导轨的调平和光电计时器的使用； 2. 验证牛顿第二定律； 3. 掌握用气垫导轨测量物体的加速度的的方法； 4. 学习实验数据的曲线拟合的方法。 【实验原理】 1.物体在斜面上的运动 设物体质量为m，斜面倾角为q，则运动方程为 sinθ可以通过测出斜面的长和高得到，关键是要在气垫上测出加速度a，这样g也就很容易求出。 当物体做直线运动时，其瞬间时速定义为：v=lim(Δs/Δt)=ds/dt。 当Δt0时，Δs0在测量上不容易做到，但我门可以用小量Δt和Δs替代ds和dt。用短距离的平均速度代替瞬时速度，故有：v=Δt/Δs，式中Δt和Δs为u型挡光片挡光开始和挡光结束的距离和时间间隔。（如图） Δs/Δt就是挡光后经过光电门时的瞬时 SHAPE \* MERGEFORMAT 2.验证牛顿第二定律 F= ma 设运动物体的总质量为M总，合外力为F，并假设其他耗散力，如摩擦力、空气阻力、气垫粘滞力均可忽略不计，这时牛顿第二定律可示为 F=Mga。 若保持M总不变，改变F，F/a应为一常量，即F增加，a增加，F减小a也减小。或保持F不变，改变M总a不变，即M总增加，a减小。如能在实验中满足上述条件，即能验证牛顿第二定律。 【实验内容】 1.气垫导轨的调平与数字毫秒计的使用 气垫导轨调平：打开气源，放上滑块，观测滑块与轨面两侧的间隙，纵向水平调节单只脚，指导滑块在任何位置均保持不动，或做级缓的来回滑动为止。动态法调平，滑块上装挡光片，让滑块以初速度先后通过两个相距60厘米的光电门，若滑块通过两个光电门所用的时间差小于1毫秒，便可认为导轨已调平。 数字毫秒计的使用：使用U型挡光片，计算方式选择B档，记的是一个光电管被挡光到第二个光电管被挡光的时间间隔或一个光电管两次被挡的时间间隔。即经过△s距离所用的时间△t。复零方式有手动和自动两档可选。置于自动时，数码管理经一段时间后，会自动复零。延长时间从0.1~3秒连续可调。 2.通过物体在斜面上的匀加速直线运动测加速度a及g。 （1）测量两端支脚螺丝之间的距离L。 （2）在单脚一端加一块d=15mm厚的垫块，使气轨成一斜面。 （3）在滑块上装上U型挡光片并测量△s距离。 （4）将光电门置距离最底端40cm处。 （5）使滑块从距光电门S=20cm处自由下滑，要保证初速度为零，计时器自动记下所显示的挡光间隔，重复本操作3次，此时：  。 （6）改变s取值，分别取30、40、50、60厘米，重复上一项测量，采用最小二乘法处理数据。 3.验证牛顿第二定律 （1）把气垫拿开，气垫按常规调水平。 （2）在滑块上系上细线，通过滑轮于砝码盘相连。 （3）把10克砝码置于滑块上。 （4）取下一个2克砝码置于滑块上 （5）固定挡光片到光电门的距离S（>50cm）。 （6）让滑块做初速度为0的匀加速运动测量通过△s的时间△t；重复三次。 （7）依次在砝码盘中加4.00,6.00,8.00,10.00克砝码，重复（6）的测量，将测量结果填入表格。 【数据处理】 1. 验证牛顿第二定律 作图： 2. 测量加速度 作图： 【实验结论】 1. 从相同高度，使同一滑块在相同斜面上滑过不同距离时，滑块的加速度相等；所得加速度的曲线成线性关系； 2. 从验证牛顿第二定律的实验数据可得，在保持M不变时，改变F,F/a为一常量，即F增加，a增加；F减小，a也减小，也就证明了牛顿第二定律。 速度v。使物体在斜面上做初速度为零的匀加速直线运动。经过路程s后，末速度为v，则有 v=at ��=2as s=�