赣南师范学院物理学专业《课程论文1》课程论文一题目：速度与加速度的测量班级：09物理学本科班姓名：王青山学号： 090800031指导老师：罗颖速度和加速度的测量09物理学本科：王青山、邓世桂、陈文峰指导老师：罗颖摘要：速度是衡量物体运动快慢的物理量而加速度则是反映物体速度变化快慢的物理量。
本实验通过用光滑气垫导轨上的滑块的运动来探索速度与加速度的内在联系，并通过本实验求出加速度与速度。
关键词：加速度速度气垫导轨滑块运动气垫导轨是测量速度与加速度的一种精密仪器。
其结构与实验原理是：滑块由长约15cm的角形铝材制成，其内表面与导轨的两个侧面精密吻合。
当导轨上小孔喷出气流时，在滑块和导轨之间便形成很薄得气层（即所谓气垫），使滑块悬浮在气垫上，故滑块能在导轨上做近似于无摩擦的运动。
滑块两端也装有缓冲弹簧，中部装有用来测量时间间隔的挡光板，用此种方法测量精确度高可以有效的减小系统误差。
1 实验原理1.1气垫导轨介绍：导轨是长1.2~1.5m固定于工字钢上的三角形中空铝管，在管上部相邻气垫导轨是一种力学装置如图1，它由导轨、滑块和光电计时装置等组成。
导轨的两侧面上，钻由两组等距离的小孔，小孔直径为0.4mm左右，导轨一端装有进气嘴，当压缩空气又进气嘴送入管腔后，就从小孔喷出高速气流。
在导轨上还装有缓冲弹簧和调节水平用的底脚螺丝等附件。
图1 气垫导轨结构图滑块由长约15cm的角形铝材制成，其内表面与导轨的两个侧面精密吻合。
当导轨上小孔喷出气流时，在滑块和导轨之间便形成很薄得气层（即所谓气垫），使滑块悬浮在气垫上，故滑块能在导轨上做近似于无摩擦的运动。
滑块两端也装有缓冲弹簧，中部装有用来测量时间间隔的挡光板。
1.2光电计时器介绍：光电计时装置由光电门、光电制器与毫秒计组成。
在导轨的一个侧面安装位置可以移动的光电门（由光电二极管和小聚光灯组成），它能测定滑块在气垫导轨上不同位置的速度。
将光电二极管的两极通过导线和数字毫秒计的光控输入端相接，当光电门中的聚光小灯射向二极管的光被运动滑块上的挡光板遮拦时，光电控制器立即输出计时脉冲，毫秒计开始计时，待滑块通过，计时结束；这时毫秒计显示的数字就是开始挡光到挡光结束之见的时间间隔。
实验3 在气垫导轨上测加速度在物理实验中，由于摩擦的存在，使某些力学实验结果的误差很大，甚至使有些实验无法进行。
气垫导轨是一种阻力极小的力学实验装置。
是一个长1.5m 的三角形铝合金空腔，其一端封闭，另一端为进气口。
利用小型气源将压缩空气压入导轨空腔，再从导轨表面上的小孔喷出气流，在导轨与滑行器之间形成一层很薄的气膜，将滑行器浮起，使滑行器能在导轨上作近似不受阻力的直线运动，极大地减小了在力学实验中由于摩擦力的存在而出现的误差，使实验结果接近理论值，实验现象更加真实、直观和易于接受，从而可以进行一些较为精确的定量研究。
工业上应用气垫技术，还可以减少机械或器件的磨损，延长使用寿命，提高速度和机械效益。
所以，在机械、纺织、运输等工业生产中已得到广泛的应用，如气垫船、空气轴承等。
[实验目的]1、熟悉气垫导轨的调整和数字计时器的使用。
2、观察匀速直线运动、匀变速直线运动，验证匀变速直线运动的规律。
3、学习在气垫导轨上测滑块的速度和加速度的方法。
[实验仪器与用具]气垫导轨、气源、电脑计时器、滑块、垫块、钢卷尺等。
（见图1）（1滑块、2气垫导轨、3电脑计时器、4气源） 图1 气垫导轨[实验原理]物体做直线运动时，如果在某时刻t 到t+Δt 的时间间隔内，物体运动通过的位移为Δx ，则物体在该Δx 的时间间隔内的平均速度为tx v ∆∆=该时刻t 的瞬时速度v 为tx v t ∆∆=→∆lim显然，Δx 越小，v 就越接近于瞬时速度v 。
在实验中要测量物体在某时刻（或某位置）的瞬时速度是无法实现的。
通常是选取较小的Δx ，以保证Δt 很小，在一定的误差范围内用平均速度代替瞬时速度。
如图2所示，在气垫导轨组成的斜面上，A 、B 均是光电门，分别用v 1和v 2表示滑块通过光电门时的瞬时速度，用t 表示滑块从A 滑到B 所用的时间。
滑块由静止出发沿斜面下滑作匀加速直线运动（摩擦阻力忽略不计），则有图2 测速原理 111t x v ∆∆≈222t x v ∆∆≈tv v a 12-=由上式可见，只要测出1v 、2v 和t 就可算出物体的加速度a 。
速度和加速度的测量【实验目的】1. 观察匀速直线运动，测量滑块的运动速度。
2. 学习使用气垫导轨和存储式数字毫秒计。
【实验仪器】气垫导轨、气源、存储式数字毫秒计、垫块。
【实验原理】1、测量滑块运动的瞬时速度V物体做直线运动时，其瞬时速度定义为： dt dS t S V t =∆∆=→∆lim 0 (1) 根据这个定义瞬时速度实际上是不可能测量的。
因为当∆t →0时，同时有∆S →0，测量上有具体困难。
我们只能取很小的∆t 及相应的∆S ，用其平均速度来代替瞬时速度V ，即tS V ∆∆=(2) 尽管像这样用平均速度代替瞬时速度会产生一定误差，但只要物体运动速度较大而加速度又不太大，这种误差也不会太大。
2、测量滑块运动的加速度a图1 滑块下滑示意图如图1所示，如果将气垫导轨的一端垫高，形成斜面，滑块下滑时将作匀变速直线运动，有三个基本运动公式：)(00t t a V V -=- （3）)(20202s s a V V -=- (4)20000)(21)(t t a t t V s s -+-=- (5) 式中s 0和s 以及V 0和V 分别为t 0和t 时刻滑块的位置坐标和相应的瞬时速度。
在实验中使用的毫秒计只能从t 0＝0时刻开始计时，所以运动方程变为：at V V =-0 (6)aS s s a V V 2)(20202=-=- (7)2021at t V S += (8) 此时t 为滑块从s 0处到s 处的运动时间， S ＝s －s 0为两光电门之间的距离。
实验时，使滑块由导轨最高端（或某一固定位置）静止自由下滑，即可测得不同位置s 0、s 1、s 2．．．．．处各自相应的速度和加速度值，如图2－2。
图2 位置和速度对应图【实验仪器介绍】气垫导轨气垫导轨是一种现代化的力学实验仪器。
它利用小型气源将压缩空气送入导轨内腔。
空气再由导轨表面上的小孔中喷出，在导轨表面与滑行器内表面之间形成很薄的气垫层。
