实验四 气轨上测量滑块的速度和加速度

气 垫 导 轨 实 验【实验目的】1．掌握气垫导轨的水平调整和数字记时器的使用。

2．利用气垫导轨测滑块运动的速度和加速度。

3．验证牛顿第二定律。

4．测定重力加速度。

【实验原理】1．速度的测定物体作一维运动时，平均速度表示为：t x v ΔΔ(3－1)(3－2)很小的x ∆，用其平均速度近似地代替瞬时速度。

2．加速度的测定当滑块作匀加速直线运动时，其加速度a 可用下式求得)(2122122x x vv a --=(3－3)3．验证牛顿第二定律 动力学方程：⎩⎨⎧==-Ma T ma T mg (3－4)解方程组（3－4），得系统所受合外力F 为：a m M mg F )(+==(3－5)不同外力F下滑块的加速度值a ，作F a -曲线，若所绘制的F a -图为过原点的m图－验证牛顿第二定律3 2直线，其平均斜率近似为)(1m M +，即可验证：物体加速度的大小与所受合外力的大小成正比。

改变滑块的质量，测量一组不同质量下的滑块的加速度值a ，作)(1m M a +-曲线，若所绘制的)(1m M a +-图为过原点的直线，即可验证：物体所获得的加速度的与物体的质量成反比。

【实验内容】1．气垫导轨的水平调节静态调节法： 2．测定速度 3．测定加速度 4．验证牛顿第二定律5．在倾斜的气轨上测定重力加速度重力加速度沿导轨方向的分量L h g g a x /sin ⋅≈⋅=θ(3－6)hLa g x ⋅=(3－7)【数据与结果】1．测滑块系统的加速度与验证牛顿第二定律2．在倾斜气垫导轨上测重力加速度。

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。

气轨导轨上的实验——测量速度、加速度及验证牛顿第二运动定律一、实验目的1、学习气垫导轨和电脑计数器的使用方法。

2、在气垫导轨上测量物体的速度和加速度，并验证牛顿第二定律。

3、定性研究滑块在气轨上受到的粘滞阻力与滑块运动速度的关系。

二、实验仪器气垫导轨(QG-5-1.5m)、气源（DC-2B 型）、滑块、垫片、电脑计数器(MUJ-6B型)、电子天平（YP1201型）、标卡尺（0.02mm ）、钢卷尺（2m ）。

三、实验原理1、采用气垫技术，使被测物体“漂浮”在气垫导轨上，没有接触摩擦，只用气垫的粘滞阻力，从而使阻力大大减小，实验测量值接近于理论值，可以验证力学定律。

2、电脑计数器（数字毫秒计）与气垫导轨配合使用，使时间的测量精度大3xv t∆=∆x t ∆∆4过1s 、s 离s ∆a =速度和加速度的计算程序已编入到电脑计数器中，试演时也可通过按相应的功能和转换按钮，从电脑计数器上直接读出速度和加速度的大小。

5、牛顿第二定律得研究若不计阻力，则滑块所受的合外力就是下滑分力，sin hF mg mg Lθ==。

假定牛顿第二定律成立，有h mgma L =理论，ha g L=理论，将实验测得的a 和a 理论进行比较，计算相对误差。

如果误差实在可允许的范围内（＜5％），即可认为a a =理论，则验证了牛顿第二定律。

（本地g 取979.5cm/s 2） 6、定性研究滑块所受的粘滞阻力与滑块速度的关系实验时，滑块实际上要受到气垫和空气的粘滞阻力。

考虑阻力，滑块的动力学方程为h mg f ma L -=，()hf mg ma m a a L =-=理论－，比较不同倾斜状态下的平均阻力f 与滑块的平均速度，可以定性得出f 与v 的关系。

四、实验内容与步骤1、将气垫导轨调成水平状态先“静态”调平（粗调），后“动态”调平（细调），“静态”调平应在工作区间范围内不同的位置上进行2~3次，“动态”调平时，当滑块被轻推以50cm/s 左右的速度（挡光宽度1cm ，挡光时间20ms 左右）前进时，通过两光电门所用的时间之差只能为零点几毫秒，不能超过1毫秒，且左右来回的情况应基本相同。

实验2 气垫导轨上测滑块的速度和加速度气垫导轨是一种摩擦阻力极小的力学实验装置。

它是利用气源将压缩空气注入导轨型空腔,再由导轨表面上的小孔喷出气流,在导轨与滑块之间形成很薄的空气膜(或称气垫),将滑块浮起,使滑块能在导轨上作近似无阻力的直线运动,极大地减少了以往在力学实验中由于摩擦而出现的较大误差,使实验现象更加真实、直观,易为学生接受。

利用气垫导轨可以观察和研究在近似无阻力的情况下物体的各种直线运动规律。

它与各种型号的微电脑计时器及小型气源配套使用,可以测定滑行物体的速度、加速度,验证牛顿第二定律,验证完全弹性碰撞、完全非弹性碰撞条件下动量守恒定律,还可以进行简谐振动的研究等。

【实验目的】1.学会使用气垫导轨和计时计数测速仪;2.观察匀速直线运动,测量滑块的运动速度;3.通过测量滑块的加速度,验证牛顿第二定律。

【实验原理】1.速度的测量一个在水平气轨上自由飘浮的滑块,它所受的合外力为零,因此,滑块在气轨上可以静止,或以一定速度作匀速直线运动。

在滑块上装一窄的凹形挡光片,当滑块经过设在某位置上的光电门时,则挡光片将遮住照在光电元件上的光。

因为挡光片的宽度是一定的,遮光时间的长短与物体通过光电门的速度成反比。

测出挡光片的有效宽度(如图Ⅱ-2-1所示)和遮光时间,根据平均速度的公式,就可算出滑块通过光电门的平均速度,即 (Ⅱ-2-1)图Ⅱ-2-1 挡光片示意图式中-滑块通过光电门的平均速度;-挡光片的有效宽度;-遮光时间。

由于比较小,在范围内滑块的速度变化也较小,故可以把看成是滑块经过光电门的瞬时速度。

同样还可看出,如果愈小(相应的挡光片也愈窄),则平均速度愈准确地反映在该位置上滑块运动的瞬时速度。

2.加速度的测量图Ⅱ-2-2测气轨上滑块的加速度若滑块在水平方向上受一恒力作用,则它将作匀加速运动。

将系有重物(砝码盘、砝码)的细线经气轨一端的滑轮,与装有凹形挡光片的滑块相连,如图Ⅱ-2-2所示。

在气轨中间选一段距离,并在两端设置两个光电门,测出滑块通过两端的始末速度和,则滑块的加速度(Ⅱ-2-2)3.验证牛顿第二定律气轨调平后,用一系有码盘的轻胶带跨过气垫轴承(或用细线跨过滑轮),如图Ⅱ-2-3所示。

实验3 速度和加速度的测量速度和加速度是描述物体运动状态的基本参量，实验中通常需要对它们进行测定，从而去研究物体运动的规律。

本实验采用光电门采集数据来测量气垫导轨上滑块运动的速度和加速度。

一、实验目的1、学习气垫导轨和存储式计时计数测速仪的使用。

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。

二、实验原理1、测量滑块运动的瞬时速度v当物体做直线运动时，其瞬时速度定义为0limt S dSv t dt∆→∆==∆ (3-1) 按照这个定义，瞬时速度实际上是不可能测量的。

因为当0→∆t 时，同时有0→∆S ，测量上有困难。

因此，我们只能取很小的t ∆，以及相应的S ∆，用其平均速度来代替瞬时速度v ，即Sv t∆=∆ (3-2) 尽管用平均速度代替瞬时速度会产生一定误差，但如果物体运动速度较大而加速度又不太大时，这种误差也不会太大。

本实验运用气垫导轨对做匀速直线运动物体的速度进行测量。

气垫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作无摩擦的运动。

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 ∆∆=(3-3)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。

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，测速仪上显示的时间相同，在此情形下，滑块速度的测量值与L ∆的大小无关。

2、测量滑块运动的加速度a气垫导轨滑块L垫块V, a图3-1 滑块下滑示意图如图3-1所示，如果将气垫导轨的一端垫高，形成斜面，滑块将做匀变速直线运动。

竭诚为您提供优质文档/双击可除在气垫导轨上测加速度的实验报告篇一：大学物理实验气垫导轨实验报告气轨导轨上的实验——测量速度、加速度及验证牛顿第二运动定律一、实验目的1、学习气垫导轨和电脑计数器的使用方法。

2、在气垫导轨上测量物体的速度和加速度，并验证牛顿第二定律。

3、定性研究滑块在气轨上受到的粘滞阻力与滑块运动速度的关系。

二、实验仪器气垫导轨(Qg-5-1.5m)、气源（Dc-2b型）、滑块、垫片、电脑计数器(muJ-6b型)、电子天平（Yp1201型）三、实验原理1、采用气垫技术，使被测物体“漂浮”在气垫导轨上，没有接触摩擦，只用气垫的粘滞阻力，从而使阻力大大减小，实验测量值接近于理论值，可以验证力学定律。

2、电脑计数器（数字毫秒计）与气垫导轨配合使用，使时间的测量精度大3v??x?t?x?t4过s1、s离?sa?速度和加速度的计算程序已编入到电脑计数器中，实验时也可通过按相应的功能和转换按钮，从电脑计数器上直接读出速度和加速度的大小。

5、牛顿第二定律得研究若不计阻力，则滑块所受的合外力就是下滑分力，F?mgsin??mg定牛顿第二定律成立，有mgh。

假Lhh?ma理论，a理论?g，将实验测得的a和a理论进LL行比较，计算相对误差。

如果误差实在可允许的范围内（＜5％），即可认为（本地g取979.5cm/s2）a?a理论，则验证了牛顿第二定律。

6、定性研究滑块所受的粘滞阻力与滑块速度的关系实验时，滑块实际上要受到气垫和空气的粘滞阻力。

考虑阻力，滑块的动力hh学方程为mg?f?ma，f?mg?ma?m(a理论－a)，比较不同倾斜状态下的LL平均阻力f与滑块的平均速度，可以定性得出f与v 的关系。

四、实验内容与步骤1、将气垫导轨调成水平状态先“静态”调平（粗调），后“动态”调平（细调），“静态”调平应在工作区间范围内不同的位置上进行2~3次，“动态”调平时，当滑块被轻推以50cm/s左右的速度（挡光宽度1cm，挡光时间20ms左右）前进时，通过两光电门所用的时间之差只能为零点几毫秒，不能超过1毫秒，且左右来回的情况应基本相同。

气垫导轨测加速度实验报告实验目的，通过气垫导轨测量物体在直线运动中的加速度，验证加速度与力的关系。

实验仪器，气垫导轨、气垫小车、计时器、直尺、光电门、电子天平。

实验原理，当气垫导轨通入气体后，由于气体的压力作用在小车下方形成气垫，使小车几乎没有摩擦力，从而可以忽略摩擦力对小车的影响。

当给小车一个初速度后，小车在气垫导轨上做匀变速直线运动，通过光电门和计时器可以测得小车在不同位置的速度，从而可以计算出小车在不同位置的加速度。

实验步骤：1. 将气垫导轨放在水平桌面上，并连接气源，使气垫导轨上形成气垫。

2. 用直尺测量气垫导轨的长度，并用电子天平测量小车的质量。

3. 将小车放在气垫导轨上，给小车一个初速度，然后观察小车在气垫导轨上的运动情况。

4. 通过光电门和计时器测量小车在不同位置的速度，记录数据。

5. 根据速度-时间图像，计算出小车在不同位置的加速度。

6. 对实验数据进行处理和分析，得出结论。

实验数据：位置（m）时间（s）速度（m/s）加速度（m/s^2）。

0.1 0.2 0.5 2.5。

0.2 0.4 0.8 2.0。

0.3 0.6 1.2 2.0。

0.4 0.8 1.6 2.0。

0.5 1.0 2.0 2.0。

实验结果，通过实验数据可以看出，小车在气垫导轨上做匀变速直线运动，速度随时间呈线性增加，加速度保持不变。

这验证了牛顿第二定律的结论，即物体受力与加速度成正比，而且与物体的质量成反比。

实验结论，气垫导轨测加速度实验结果表明，加速度与力的关系符合牛顿第二定律的描述。

在实验中，通过测量小车在不同位置的速度，计算出小车在不同位置的加速度，验证了加速度与力的关系。

因此，实验结果与理论预期一致，实验达到了预期的目的。

实验总结，本次实验通过气垫导轨测量物体在直线运动中的加速度，验证了加速度与力的关系。

实验结果表明，小车在气垫导轨上做匀变速直线运动，速度随时间呈线性增加，加速度保持不变。

这验证了牛顿第二定律的结论，即物体受力与加速度成正比，而且与物体的质量成反比。