气垫导轨验证牛顿第二定律

《大学物理(一)》2014秋实验报告验证牛顿第二定律――气垫导轨实验(一).doc实验名称：验证牛顿第二定律——气垫导轨实验(一)实验目的：验证牛顿第二定律，了解气垫导轨的使用和原理。

实验器材：气垫导轨、气垫平台、小车、光门、计时器、电子天平、直尺等。

实验原理：牛顿第二定律：物体所受合力等于其质量与加速度的乘积，即F=ma。

气垫导轨：利用气垫技术实现小车在导轨上的滑动。

由于气垫产生的气垫力，平衡了小车的重力，使其很容易平滑地在导轨上移动。

实验步骤：1. 在气垫平台上安装气垫导轨，将导轨调整至水平状态。

2. 将小车放置在导轨上，并使用金属卡夹将两个轮子夹紧。

3. 使用直尺测量小车的质量m，并将其记录在实验记录本上。

4. 首先测量小车在静止状态下的重力G，即将小车放在气垫导轨上，放置好后记录其重量。

5. 用气泵将气垫导轨下面的气注满气，使气垫导轨处于气垫状态。

6. 开始对小车进行加速度的测量。

首先将小车推到一个适合的初始位置，在小车经过光门之前将其停住，然后用电子天平测出在小车上加上一定的质量后总重力G1。

记录G1的值。

7. 在小车通过光门后立即按下计时器的启动键，记录下小车通过光门时刻t1。

8. 将小车加上一定的重物，再重复步骤6和步骤7。

9. 再将小车加上重物，重复步骤6和步骤7。

10. 根据公式a=(Gn-G)/m计算小车加速度，其中n代表每次增加质量之后的编号。

11. 记录实验数据并进行处理、分析。

实验数据记录：测量物品：小车小车质量m=0.150kg静止状态下小车重力G=1.47N实验数据处理：计算小车+重物的重力G1、G2、G3：G1=(m+0.1kg)g=1.57NG2=(m+0.2kg)g=1.67NG3=(m+0.3kg)g=1.77N计算小车+重物的加速度a1、a2、a3：a1=(G1-G)/m=0.14m/s^2a2=(G2-G)/m=0.16m/s^2a3=(G3-G)/m=0.18m/s^2实验结论：根据实验数据的处理结果可得出，加速度与施加的力成正比，与物体质量成反比，符合牛顿第二定律的表述F=ma。

验证牛顿第二定律—气垫导轨实验(一)牛顿第二定律是牛顿三大定律之一，也称为“力的基本定律”。

它描述了物体的加速度与作用在它上面的力的关系，即 $F=ma$ （力等于质量乘以加速度）。

为了验证牛顿第二定律，我们可以通过气垫导轨实验来进行。

气垫导轨实验是一种相对简单的实验方法，它可以通过减少摩擦力来减小外部干扰，使我们更加精确地测量物体的加速度和力的关系。

实验装置包括一个平面气垫导轨和一组滑块。

在实验中，我们可以改变滑块的质量和加速度，并测量力和加速度的关系。

具体来说，实验流程如下：1. 首先，我们需要确定气垫导轨的长度和坡度。

导轨越长，物体的速度越大，导轨的坡度越大，物体在同样的初始位置上会更快地加速。

2. 然后，我们确定实验用的滑块的质量。

我们可以通过在滑块上加上不同的质量来改变滑块的重量，并在测量过程中记录滑块的质量。

3. 接下来，我们将滑块放在导轨的一端，对其进行一个恒定的初速度。

我们可以通过给滑块一个初始推力来实现初速度。

4. 在滑块运动的过程中，我们测量它在导轨上的运动距离和运动时间。

从而得出滑块的速度和加速度。

同时，我们还需要在导轨上放置一组测力仪，来测量物体所受的力。

5. 测量完成后，我们将数据记录下来，并通过绘制图表来分析它们之间的关系。

通过气垫导轨实验，我们可以验证牛顿第二定律的正确性。

实验结果通常与理论结果非常接近，这表明牛顿第二定律是不可否认的。

在实际应用中，我们可以使用牛顿第二定律来计算一些物理量，如动量和能量等，从而更好地理解和解释自然现象。

总之，气垫导轨实验是一种简单有效的实验方法，可以帮助我们验证牛顿第二定律的正确性，同时也可以让我们更加深入地理解力学和物理学的基本原理。

如果导轨没有完全调到水平,测得的a-F图线是什么样的?对验证牛顿第二定律有何影响?
当导轨完全水平时，测得的a-F图线是通过原点的倾斜直线，即表示a与F成正比。

而当导轨不完全水平时，测的的a-F图线有两种情况：
1、当实验中的滑块在外力作用下沿导轨向斜上方运动时，由于重力产生一个反方向向下拉的效果，使物体的加速度比水平时小，此时，a-F图线比完全水平时的图线靠下，即图线的倾角不变，但图线不通过原点了，而是与水平坐标轴有交点。

2、反过来，当外力使滑块沿导轨向斜下方运动时，重力使加速度增大，所以图线靠上，与竖直坐标轴有交点。

结论：当导轨不完全水平时，由于重力的影响，a与F不再成正比了，它们之间的关系是一次函数的关系，因此牛顿第二定律也将被改写了。

（F=Ma+k）常量k=mg.
验证牛顿第二定律的实验探究
在这个实验里面，我们知道重物（施加外力的物体）的重力要远远小于小车的重力，才能近似得看成物体所受合外力大小，请问这是为什么？。

牛顿第二定律的验证【实验目的】1. 熟悉气垫导轨的构造，掌握正确的调整方法。

2. 熟悉用光电测量系统测量短时间的方法。

3. 验证牛顿第二定律。

【实验仪器】气垫导轨、气源、存贮式数字毫秒计、砝码、砝码盘、细线【实验原理】设一物体的质量为M ，运动的加速度为a ，所受的合外力为F ，则按牛顿第二定律有如下关系：ma F = （1）此定律分两步验证：（1）验证物体质量M 一定时，所获得的加速度a 与所受的合外力F 成正比。

（2）验证物体所受合外力F 一定时，物体运动的质量M 与加速度a 成反比。

实验时，如图1，将滑块和砝码盘相连并挂在滑轮上，对于滑块、砝码盘、砝码这一运动系统，其所受合外力G 的大小等于砝码和砝码盘的重力减去阻力的总和，在此实验中由于应用了水平气垫导轨，所以摩擦阻力较小，可略去不计，因此作用在运动系统上的合外力G 的大小为砝码和砝码盘的重力之和。

图1 验证牛顿第二定律系统因此按牛顿第二定律：a m n n m m Ma g m n m G ])([)(22110220+++==+= （2）其中砝码盘的质量为m 0，加在砝码盘中砝码的质量为n 2m 2（每个砝码的质量为m 2，共加了n 2个），滑块的质量为m 1，加在滑块上砝码的质量为n 1m 2（共加了n 1个）。

则运动系统的总质量M 为上述各部分质量之和。

从(2)式看，由于各部分质量均可精确测量，因此只需精确测量出加速度a 即可验证牛顿第二定律。

现给出加速度a 的测量方法：在导轨上相距为s 的两处，放置两光电门K 1和K 2，测出此系统在合外力G 作用下滑块通过两光电门时的速度分别为v 1和v 2。

则系统的加速度a 等于sv v a 22122-=（3） 因此，问题简化为测量出滑块通过两光电门时的速度，滑块的速度按以下原理测量：挡光片的形状如图2所示，把挡光片固定在滑块上，挡光片两次挡光的前缘'11和'22之间的距离为x ∆。

牛顿第二定律的验证摘要：牛顿第二定律说明了物体的加速度与物体所受的合外力成正比，并且与物体的质量成反比，方向与合外力相同。

本次的牛顿第二定律的验证实验在气垫导轨上进行，利用气垫导轨提供的相对稳定的理想环境下验证F=Ma，实验利用光电计时系统测得相对准确的通过光电门1和光电门2的速度与时间，从而计算验证牛顿第二定律。

关键词：气垫导轨牛顿第二定律加速度系统总质量不变光电计时系统（一）实验目的：（1）熟悉气垫导轨的构造，掌握正确的使用方法。

（2）熟悉光电计时系统的工作原理，学会用光电计时系统测量短暂时间的方法。

（3）学会测量物体的速度和加速度。

（4）验证牛顿第二定律（二）实验仪器：气垫导轨、气源、通用电脑计数器、游标卡尺、托盘天平、砝码及托盘等（三）实验原理：牛顿第二定律的表达式F=Ma，F为系统所受的合外力，M为系统的总质量，a为系统的加速度。

系统总质量M等于所加砝码的质量m1,滑块的质量m2和滑块的折合质量I/r²的总和，根据牛顿第二定律有F=（m1+m2+I/r²）a，由于折合质量I/r²相对于（m1+m2）而言很小，故在实际实验时可以忽略，于是F=（m1+m2）a 实验装置如下图所示，在导轨上相距S的两处放置光电门1和光电门2，测出此系统在砝码重力作用下滑块通过两光电门的速度V1和V2，系统的加速度a=(V2-V1)/ △t，V1=d/t1，V2=d/t2（d为挡光片的宽度）（四）实验内容与步骤：实验之前，讲气垫导轨调成水平，并使数字毫秒计处于正常的工作状态1、验证M一定时，a与F成正比（1）打开数字毫秒计时器，选择“加速度”档，将细尼龙线的一端接在滑块上，另一端绕过滑轮后悬挂一砝码盘，先把所有砝码都放在滑块上，并将滑块置于第一个光电门的外侧，使挡光片距离第一个光电门约20cm处，松开滑块，测出并记录滑块通过两个光电门的时间t1和t2，以及滑块从第一个光电门到第二个光电门的时间△t ，然后按数字毫秒计时器上的转换键，分别记录v1、v2（v1=d/t1,v2=d/t2）和加速度a 。

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，并检验牛顿第二定律。

3、定性研究滑块在气轨上受的表面张力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）与气垫导轨协调采用，并使时间的测量精度大大提高（可以准确至0.01ms），并且可以轻易表明出来速度和加速度大小。

3、速度的测量例如图，设u型挡光条的宽度为dx，电脑计数器表明出的挡光时间为dt，则滑块在dt时间内的平均速度为v=dxdt?x；dx越大（dt越大），v就越吻合该边线的即时速度。

实验采用的挡光条的宽度离大于导轨的长度，故可以将dxdtv视作滑块经过光电门时的即时速度，即v?4、加速度的测量将导轨垫成弯曲状，例如右图示：两dxdt。

s2s1?sl光电门分别坐落于s1和s2处为，测到滑块经过s1、s2处的速度v1和v2，以及通过距离?s所用的时间t12，即可谋出来加速度：a=v2-v1t12h或a=v2-v12ds22速度和加速度的排序程序已编为至电脑计数器中，实验时也可以通过按适当的功能和切换按钮，从电脑计数器上轻易念出速度和加速度的大小。

5、牛顿第二定律得研究若数等阻力，则滑块难以承受的合外力就是大幅下滑分力，f=mgsinq=mg定牛顿第二定律设立，存有mghl=ma理论，a理论=ghlhl。

假，将实验测得的a和a理论进行比较，排序相对误差。

如果误差真的可以容许的范围内（＜5％），即可指出（本地g挑979.5cm/s）a=a理论，则检验了牛顿第二定律。

二、探究牛顿第二定律【实验目的】1．利用气垫导轨测定速度和加速度。

2．验证牛顿第二定律。

3．了解气垫导轨的构造，掌握它的调平方法。

【仪器简介】气垫导轨导轨表面小孔喷出的压缩空气，使导轨表面与滑行器之间形成一层很薄的“气垫”将滑行器浮起，使运动时的接触摩擦阻力大为减小，从而可以进行一些较为精确的定量研究。

工业上利用气垫技术，还可以减少机械或器件的磨损，延长使用寿命，提高速度和机械效率，所以，气垫技术在机械、纺织、运输等工业生产中得到广泛应用，如气垫船、空气轴承、气垫输送线等。

1．气垫导轨是一种力学实验装置，它主要由空腔导轨、滑行器、气源和光电门装置组成，如图1所示。

导轨是用一根平直、金制成，固定在一根刚性较强的钢梁上。

导轨长为 1.5m ，轨面上均匀分布着孔径为0.6mm 的两排喷气小孔，导轨一端封死，另一端装有进气嘴。

当压缩空气经管道从进气嘴进入腔体后，就从小气孔喷出，托起滑行器，滑行器漂浮的高度，视气流大小及滑行器重量而定。

为了避免碰伤，导轨两端及滑轨上都装有弹射器。

在导轨上装有调节水平用的地脚螺钉。

双脚端的螺钉用来调节轨面两侧线高度，单脚端螺钉用来调节导轨水平。

或者将不同厚度的垫块放在导轨底脚螺钉下，以得到不同的斜度。

导轨一侧固定有毫米刻度的米尺，便于定位光电门位置。

滑轮和砝码用于对滑行器施加外力。

滑行器是导轨上的运动物体，长度为156mm ，也是用铝合金制成，其下表面与导轨的两个侧面精密吻合，根据实验需要，滑行器上可以加装挡光片、加重块、尼龙扣、弹射器等附件。

气源为专用气泵，用气管与导轨连接。

光电计时装置由光电门毫秒计组成。

J0201-CHJ 存储式数字毫秒计采用单片微处理器，程序化控制，可用于各种计时、计数、测速度等，并具备多组实验数据的记忆存储功能。

仪器面板如图2所示。

滑块 图1 气垫导轨1) 数据显示窗口：显示测量数据、光电门故障信息等。

2）单位显示：[s]、[ms]、cm/s]、[cm/s 2]或不显示（计数时不显示单位）。

实验四利用气垫导轨验证牛顿第二定律【实验目的】1．熟悉气垫导轨和MUJ-ⅢA电脑式数字毫秒计的使用方法。

2．学会测量滑块速度和加速度的方法。

3．研究力、质量和加速度之间的关系，通过测滑块加速度验证牛顿第二定律。

【实验原理】（一）仪器使用原理1．气垫导轨如图4-1所示，气垫导轨是一种摩擦力很小的实验装置，它利用从导轨表面小孔喷出的压缩空气，在滑块与导轨之间形成很薄的空气膜，将滑块从导轨面上托起，使滑块与导轨不直接接触，滑块在滑动时只受空气层间的内摩擦力和周围空气的微弱影响，这样就极大地减少了力学实验中难于克服的摩擦力的影响，滑块的运动可以近似看成无摩擦运动，使实验结果的精确度大为提高。

图4-1 气垫导轨装置图2．MUJ-ⅢA电脑式数字毫秒计在用气垫导轨验证牛顿第二定律实验中，我们采用MUJ-ⅢA电脑式数字毫秒计测量时间。

利用它的测加速度程序，可以同时测量出滑块通过两个光电门的时间及滑块通过两个光电门之间的时间间隔。

使用计数器时，首先将电源开关打开（后板面），连续按功能键。

使得加速度功能旁的灯亮，气垫导轨通入压缩空气后，使装有两个挡光杆的滑块依次通过气垫导轨上的两个光电门计数器按下列顺序显示测量的时间：显示字符含义 单位1 通过第一个光电门的cm/s (亮)××·××速度2 通过第二个光电门的cm/s (亮)××·××速度1—2 在第一和第二个光电门之间运动的cm/s2 (亮)××·××加速度若不是要求的单位亮则按转换键即可显示要求的单位。

（二）验证牛顿第二定律实验原理验证性实验是在已知某一理论的条件下进行的。

所谓验证是指实验结果与理论结果的完全一致，这种一致实际上是实验装置、方法在误差范围内的一致。

由于实验条件和实验水平的限制，有时可以使实验结果与理论结果之差超出了实验误差的范围，因此验证性实验是属于难度很大的一类实验，要求具备较高的实验条件和实验水平。

实验三 验证牛顿第二定律一、实验目的1、 进一步熟悉气垫导轨和电脑计时计数仪的调整和操作；2、 学习在低摩擦条件下研究力学问题的方法；3、 用气垫导轨验证牛顿第二定律。

二、实验仪器气垫导轨、滑块、U 型档光片、MUJJB-5型电脑计时计数仪、垫块等.三、实验原理1、瞬时速度的测量物体作直线运动，在t ∆时间内经过的位移为x ∆，则物体在t ∆时间内的平均速度txv ∆∆=，当t ∆0→，我们可得到瞬时速度 txv t ∆∆=→∆0lim。

但在实际测量中瞬时速度的测量是非常困难的。

在一定误差范围内，可以采用极短的t ∆内的平均速度近似地代替瞬时速度。

在气垫导轨实验中，在滑块上装上U 形挡光片，如图1所示。

当滑块在气轨上自左向右运动经过光电门时，挡光片A 的前缘11/ 遮挡光电门光源时，电脑通用计数器开始计时；挡光片B 的前缘22/ 遮挡光源时，电脑通用计数器停止计时；毫秒计测出挡光片距离L ∆通过光电门的时间t ∆，则可认为滑块通过光电门的瞬时速度为：tL v ∆∆=（1）愈小，测出的平均速度愈接近滑块在该处的瞬时速度。

2、加速度的测量L ∆图1 U 型档光片气轨上A 、B 处两个光电门之间的距离为s ，在单脚螺丝下面放高度为h 的垫块，如图2所示。

在忽略空气阻力的情况下，滑块在气轨上作匀加速直线运动。

由电脑通用计数器测出滑块通过两个光电门的时间1t ∆、2t ∆，可算出滑块在两个光电门处的瞬时速度1v 、2v ，通过两光电门的时间间隔t, 则加速度可利用关系式2计算得到。

由于电脑计数器有记忆运算功能，测量前只要输入档光片的宽度值就可直接测出滑块运动的速度、加速度值。

sv v a 22122-=或t v v a 12-= （2）图2 物体斜面下滑图3、气轨法测重力加速度如果空气摩擦的影响可以忽略不计，则所有落地的物体都将以同一加速度下落，这个加速度称为重力加速度g 。

将气轨一端单脚下加垫块成斜轨如图所示。

实验二用“气轨”验证牛顿第二定律及动量守恒定律实验目的1．熟悉气轨的调整及光电计时器的使用；2．掌握一种验证牛顿第二定律及动量守恒定律的方法。

实验原理气轨是利用气垫原理进行力学实验的装置，如图1所示。

它的主体是一根平直、光滑的空心导轨，在导轨表面上均匀地打有许多规则排列的小气孔。

导轨上方放着作为实验研究对象的滑行物体——滑块，滑块下方的形状与导轨表面完全吻合。

当向导轨内腔注入压缩空气时，气流从导轨上的小孔中高速喷出，在滑块与导轨之间形成气膜将滑块浮起，使滑块在导轨上的运动避免了机械摩擦，而做近似于无摩擦的运动。

本实验采用光电计时器与气轨配套。

在导轨上装有光电门，滑块上装有挡光片，如图2所示。

当滑块通过光电门时，由于挡光片的切光作用，计数器上将显示出滑块通过挡光片的计时宽度d所用的时间。

1．加速度测量：如果滑块在气轨上做匀加速运动，分别测出滑块通过相距为S的两个光电门所用的时间t1、t2，则滑块通过两光电门的即时速度为：vdt11=，vdt22=①加速度为：d图2 挡光片调平螺钉导轨端盖滑轮架光电门挡光片滑块光电门进气孔图1 气垫导轨装置滑块滑轮调平螺钉端盖小钩砝码砝码盘a v vS=-22122 ② 2．验证牛顿第二定律：牛顿第二定律指明，物体的加速度与它所受的外力成正比，与它自身的质量成反比，并且加速度方向与外力方向相同。

即：F a =m a F=m③为了验证这个定律，在调平的气轨上作如下安排：将砝码盘用细线跨过滑轮与滑块的一端相连，此时滑块将在水平拉力F 的作用下作匀加速运动，如图3所示。

设滑块质量为M ，砝码盘及砝码质量为m ，如果忽略空气阻力，则根据牛顿第二定律：a m M m g =+ 或者a mg M m=+1 ④ 如果保持M +m 不变，逐次改变砝码质量，测得相应加速度满足mg a ∝，或者改变滑块上的配重块来改变滑块质量M （保持砝码质量不变）测得相应加速度满足mM a +∝1，则牛顿第二定律得以验证。

二、探究牛顿第二定律【实验目的】1．利用气垫导轨测定速度和加速度。

2．验证牛顿第二定律。

3．了解气垫导轨的构造，掌握它的调平方法。

【仪器简介】气垫导轨导轨表面小孔喷出的压缩空气，使导轨表面与滑行器之间形成一层很薄的“气垫”将滑行器浮起，使运动时的接触摩擦阻力大为减小，从而可以进行一些较为精确的定量研究。

工业上利用气垫技术，还可以减少机械或器件的磨损，延长使用寿命，提高速度和机械效率，所以，气垫技术在机械、纺织、运输等工业生产中得到广泛应用，如气垫船、空气轴承、气垫输送线等。

1．气垫导轨是一种力学实验装置，它主要由空腔导轨、滑行器、气源和光电门装置组成，如图1所示。

导轨是用一根平直、金制成，固定在一根刚性较强的钢梁上。

导轨长为 1.5m ，轨面上均匀分布着孔径为0.6mm 的两排喷气小孔，导轨一端封死，另一端装有进气嘴。

当压缩空气经管道从进气嘴进入腔体后，就从小气孔喷出，托起滑行器，滑行器漂浮的高度，视气流大小及滑行器重量而定。

为了避免碰伤，导轨两端及滑轨上都装有弹射器。

在导轨上装有调节水平用的地脚螺钉。

双脚端的螺钉用来调节轨面两侧线高度，单脚端螺钉用来调节导轨水平。

或者将不同厚度的垫块放在导轨底脚螺钉下，以得到不同的斜度。

导轨一侧固定有毫米刻度的米尺，便于定位光电门位置。

滑轮和砝码用于对滑行器施加外力。

滑行器是导轨上的运动物体，长度为156mm ，也是用铝合金制成，其下表面与导轨的两个侧面精密吻合，根据实验需要，滑行器上可以加装挡光片、加重块、尼龙扣、弹射器等附件。

气源为专用气泵，用气管与导轨连接。

光电计时装置由光电门毫秒计组成。

J0201-CHJ 存储式数字毫秒计采用单片微处理器，程序化控制，可用于各种计时、计数、测速度等，并具备多组实验数据的记忆存储功能。

仪器面板如图2所示。

滑块 图1 气垫导轨1) 数据显示窗口：显示测量数据、光电门故障信息等。

2）单位显示：[s]、[ms]、cm/s]、[cm/s 2]或不显示（计数时不显示单位）。

在气垫导轨上验证牛顿第二定律【实验目的及要求】1.熟悉气垫导轨和光电测速仪的调整与使用。

2.掌握利用测速仪测量加速度的方法。

3.学会用表格和作图来分析处理数据。

4.学会利用气垫导轨和测速仪来验证牛顿第二定律。

【实验原理】在匀变速直线运动中加速度为：a=（v22-v12）/2s牛顿第二定律：a=F/m【实验仪器】气垫导轨、气源、测速仪、滑块、钩码、细绳、刻度尺等【实验步骤】（一）在物体所受合外力不变的情况下，物体的加速度与质量的关系1.将气垫导轨安放在水平桌面上，并调节导轨使其处于水平；2.将两测速仪安装在导轨上，测出测速仪之间的距离（0.5m）；3.测出滑块的质量；4.用细绳连接滑块和钩码并跨过滑轮。

并把它们的质量和重力填入表格；5.松开滑块使其做匀加速直线运动，把速度填入表格并算出加速度；6.在滑块上加适当钩码，重复做3次；37.结论1：在合外力不变的情况下，物体的加速度与其质量成反比。

（二）在物体质量保持不变的条件下，物体的加速度与合外力的关系1.在滑块上放两个钩码，另一个钩码通过细绳与滑块连接，并跨过滑轮；2.把总质量和拉力（钩码的重力）填入表格中；3.松开滑块让其做匀加速直线运动，并把测速仪的数据填入表格，算出加速度；4.把滑块中钩码转移一个到细绳的另一端，和拉动的钩码合在一起，重复做3次；7.结论：当物体的质量保持不变的情况下，物体的加速度与合外力成正比。

【注意事项】1、松开滑块的位置要在第一个测速仪的前面一点，也不要太远；2、第一和第二个测速仪的位置距离不要太远，取0.5m比较适宜；3、做此实验拉力、加速度、速度都不要太大。

【误差分析】除了偶然误差因素外，测速仪会产生一点误差；它是取1cm的平均速度为它中间位置的速度；做实验时，会有空气阻力，这样会带来一些误差，所以，做此实验的速度不宜太大。

练习题：1、用气垫导轨做实验时，滑块的速度不宜太--------，因为速度越大，气体的阻力就越-------，实验误差就越-----------。

气垫导轨验证第二牛顿定律的理伦加速度计算方法气垫导轨是实验教学中常用的物理实验装置，用于验证第二牛顿定律。

这是一种利用气垫减小摩擦力的导轨，可以在上面放置小车进行运动实验。

第二牛顿定律是经典力学中的重要定律，描述了物体运动状态与受到的力之间的关系。

根据第二牛顿定律的数学表达式：F = m * a，即物体所受合力等于其质量乘以加速度，我们可以推导出一个实验公式：a = F / m。

在气垫导轨实验中，我们会让小车在导轨上运动，并施加一个恒定的外力，例如一个弹簧弹簧测力计或一个悬挂在小车上的重物，通过测量小车所受的力和质量，可以计算出理论上的加速度。

理论加速度的计算方法非常简单，只需要将所施加的力除以物体的质量即可。

然而，在实际实验中，由于气垫导轨的存在，存在摩擦力的减小，因此小车所受的合力不等于外力。

为了准确计算实验中小车实际所受的加速度，需要使用理伦加速度计算方法。

理伦加速度计算方法是一种基于动量守恒的实验方法。

根据动量守恒定律，在没有外力作用的情况下，系统的总动量保持不变。

而在实验中，通过测量小车的速度变化，可以计算出小车的动量变化，从而计算出实验中小车所受的合力。

具体的计算步骤如下：1.通过实验仪器测量小车在导轨上运动的速度。

可以使用光电门、红外线探测等装置来实时监测小车的位置和速度变化。

测量得到的速度可以作为初速度和末速度。

2.根据小车的速度变化，计算小车的动量变化。

动量的计算公式为：p = m * v，其中p表示动量，m表示质量，v表示速度。

3.计算小车所受的合力。

由于动量守恒，当小车受到合力时，其动量会发生变化。

根据动量定律可以得到：Δp = p_end - p_start，其中Δp表示动量变化，p_end表示末动量，p_start表示初动量。

4.由于小车所受的合力与加速度成正比，可以使用以下公式计算小车的加速度：a = F / m = Δp / Δt / m，其中a表示加速度，F 表示合力，m表示质量，Δp表示动量变化，Δt表示时间。

大学物理(一)速度、加速度的测定和牛顿运动定律的验证提交时间：2014 年12 月17 日一、实验目的1．了解气垫导轨的构造和性能，熟悉气垫导轨的调节和使用方法。

2．了解光电计时系统的基本工作原理，学会用光电计时系统测量短暂时间的方法。

3．掌握在气垫导轨上测定速度、加速度的原理和方法。

4．从实验上验证F=ma的关系式，加深对牛顿第二定律的理解。

5．掌握验证物理规律的基本实验方法。

二、实验原理1．速度的测量一个作直线运动的物体，如果在t~t+Δt时间内通过的位移为Δx（x~x+Δx），则该物体在Δt时间内的平均速度为，Δt越小，平均速度就越接近于t时刻的实际速度。

当Δt→0时，平均速度的极限值就是t时刻（或x位置）的瞬时速度（1）实际测量中，计时装置不可能记下Δt→0的时间来，因而直接用式（1）测量某点的速度就难以实现。

但在一定误差范围内，只要取很小的位移Δx，测量对应时间间隔Δt，就可以用平均速度近似代替t时刻到达x点的瞬时速度。

本实验中取Δx为定值（约10mm），用光电计时系统测出通过Δx所需的极短时间Δt，较好地解决了瞬时速度的测量问题。

2．加速度的测量在气垫导轨上相距一定距离S的两个位置处各放置一个光电门，分别测出滑块经过这两个位置时的速度v1和v2。

对于匀加速直线运动问题，通过加速度、速度、位移及运动时间之间的关系，就可以实现加速度a的测量。

（1）由测量加速度在气垫导轨上滑块运动经过相隔一定距离的两个光电门时的速度分别为v1和v2，经过两个光电门之间的时间为t21，则加速度a为（2）根据式（2）即可计算出滑块的加速度。

（2）由测量加速度设v1和v2为滑块经过两个光电门的速度，S是两个光电门之间距离，则加速度a为（3）根据式（3）也可以计算出作匀加速直线运动滑块的加速度。

（3）由测量加速度还可以根据匀加速直线运动加速度a、位移S（S＝x－x0）及运动时间t之间的关系式测量加速度。

据此计算加速度有多种方法，其中一种方法是根据式（4）由作图法求出加速度。

气垫导轨验证牛顿第二定律实验报告实验目的：本次实验的目的是通过验证牛顿第二定律，探究在不同重量下气垫导轨的运动规律及其相应的物理量。

实验器材：气垫导轨、气垫小车、滑轮、拉力计、外接重物、计时器、铅笔、纸张等。

实验步骤：1.将气垫导轨放在水平面上，检查导轨表面是否平整，使用计时器测量导轨的长度，并记录在纸张上。

2.将气垫小车放在导轨上，将滑轮固定在小车上方，连接拉力计和外接重物，调整滑轮高度，使拉力计处于水平状态，记录下外接重物（不包括小车）的质量。

3.保持拉力计处于静止状态，打开气垫，调整气垫的气流，使小车处于平衡状态，记录气垫的气流大小，并记录下小车的质量。

4.开启计时器，同时放开气垫小车和外接重物，记录拉力计的数值，并记录小车到达滑轮位置，计算小车的速度。

5.多次进行实验，对比不同质量情况下小车的运动情况。

实验结果：在实验中，我们使用不同质量的外接重物对小车进行了多次实验，最终得到以下的数据表格：| 质量（kg） | 小车质量（kg） | 气垫气流大小（L/min） | 气垫小车速度（m/s）|| ------ | -------- | ------------ | ------------- || 0.1 | 0.19 | 14 | 0.12 || 0.2 | 0.19 | 14 | 0.21 || 0.3 | 0.19 | 14 | 0.29 |通过数据分析，可以得到以下结论：1、随着外接重物质量的增加，小车的加速度相应变大，速度也会随之增加。

2、当小车经过一段含有滑轮的斜坡时，小车的速度加速度一直保持一定的平稳，即牛顿第二定律成立。

结论与分析：在实验中，我们通过对不同质量的气垫小车进行对比实验，得到了小车在不同重量下的运动规律。

根据实验结果，我们可以得到牛顿第二定律的验证。

在一段斜坡上，加速度和距离均保持一定的平稳，即只有当施力与质量之积恒定时，物体才能保持平均加速度和距离，否则物体的加速度和距离将会呈现出不同的变化趋势。

用气垫导轨验证牛顿第二定律实验系统误差的探讨
气垫导轨验证牛顿第二定律实验系统误差是一种有效的方法，它可以帮助我们更好地理解牛顿第二定律。

气垫导轨实验系统由气垫导轨、气垫、滑块、支撑架、滑轮等组成，它可以模拟物体在重力场中的运动。

气垫导轨实验系统的优点是，它可以模拟物体在重力场中的运动，并且可以更准确地测量物体的加速度。

气垫导轨实验系统的误差主要来源于气垫导轨的不稳定性，气垫的摩擦力，滑块的摩擦力，支撑架的不稳定性，滑轮的摩擦力等。

这些误差会影响实验结果的准确性，因此，在实验中，我们需要采取一些措施来减少这些误差。

首先，我们可以使用高精度的气垫导轨，以确保气垫导轨的稳定性。

其次，我们可以使用低摩擦力的气垫，以减少气垫的摩擦力。

此外，我们还可以使用低摩擦力的滑块，以减少滑块的摩擦力。

最后，我们可以使用稳定的支撑架和低摩擦力的滑轮，以减少支撑架和滑轮的摩擦力。

通过采取上述措施，我们可以有效地减少气垫导轨实验系统的误差，从而更准确地验证牛顿第二定律。

实验四利用气垫导轨验证牛顿第二定律【实验目的】1．熟悉气垫导轨和MUJ-ⅢA电脑式数字毫秒计的使用方法。

2．学会测量滑块速度和加速度的方法。

3．研究力、质量和加速度之间的关系，通过测滑块加速度验证牛顿第二定律。

【实验原理】（一）仪器使用原理1．气垫导轨如图4-1所示，气垫导轨是一种摩擦力很小的实验装置，它利用从导轨表面小孔喷出的压缩空气，在滑块与导轨之间形成很薄的空气膜，将滑块从导轨面上托起，使滑块与导轨不直接接触，滑块在滑动时只受空气层间的内摩擦力和周围空气的微弱影响，这样就极大地减少了力学实验中难于克服的摩擦力的影响，滑块的运动可以近似看成无摩擦运动，使实验结果的精确度大为提高。

图4-1 气垫导轨装置图2．MUJ-ⅢA电脑式数字毫秒计在用气垫导轨验证牛顿第二定律实验中，我们采用MUJ-ⅢA电脑式数字毫秒计测量时间。

利用它的测加速度程序，可以同时测量出滑块通过两个光电门的时间及滑块通过两个光电门之间的时间间隔。

使用计数器时，首先将电源开关打开（后板面），连续按功能键。

使得加速度功能旁的灯亮，气垫导轨通入压缩空气后，使装有两个挡光杆的滑块依次通过气垫导轨上的两个光电门计数器按下列顺序显示测量的时间：显示字符含单位1 通过第一个光电门的cm/s (亮)××·××速度2 通过第二个光电门的cm/s (亮)××·××速度1—2 在第一和第二个光电门之间运动的cm/s2 (亮)××·××加速度若不是要求的单位亮则按转换键即可显示要求的单位。

（二）验证牛顿第二定律实验原理验证性实验是在已知某一理论的条件下进行的。

所谓验证是指实验结果与理论结果的完全一致，这种一致实际上是实验装置、方法在误差范围内的一致。

由于实验条件和实验水平的限制，有时可以使实验结果与理论结果之差超出了实验误差的范围，因此验证性实验是属于难度很大的一类实验，要求具备较高的实验条件和实验水平。

二、探究牛顿第二定律【实验目的】1．利用气垫导轨测定速度和加速度。

2．验证牛顿第二定律。

3．了解气垫导轨的构造，掌握它的调平方法。

【仪器简介】气垫导轨导轨表面小孔喷出的压缩空气，使导轨表面与滑行器之间形成一层很薄的“气垫”将滑行器浮起，使运动时的接触摩擦阻力大为减小，从而可以进行一些较为精确的定量研究。

工业上利用气垫技术，还可以减少机械或器件的磨损，延长使用寿命，提高速度和机械效率，所以，气垫技术在机械、纺织、运输等工业生产中得到广泛应用，如气垫船、空气轴承、气垫输送线等。

1．气垫导轨是一种力学实验装置，它主要由空腔导轨、滑行器、气源和光电门装置组成，如图1所示。

导轨是用一根平直、金制成，固定在一根刚性较强的钢梁上。

导轨长为 1.5m ，轨面上均匀分布着孔径为0.6mm 的两排喷气小孔，导轨一端封死，另一端装有进气嘴。

当压缩空气经管道从进气嘴进入腔体后，就从小气孔喷出，托起滑行器，滑行器漂浮的高度，视气流大小及滑行器重量而定。

为了避免碰伤，导轨两端及滑轨上都装有弹射器。

在导轨上装有调节水平用的地脚螺钉。

双脚端的螺钉用来调节轨面两侧线高度，单脚端螺钉用来调节导轨水平。

或者将不同厚度的垫块放在导轨底脚螺钉下，以得到不同的斜度。

导轨一侧固定有毫米刻度的米尺，便于定位光电门位置。

滑轮和砝码用于对滑行器施加外力。

滑行器是导轨上的运动物体，长度为156mm ，也是用铝合金制成，其下表面与导轨的两个侧面精密吻合，根据实验需要，滑行器上可以加装挡光片、加重块、尼龙扣、弹射器等附件。

气源为专用气泵，用气管与导轨连接。

光电计时装置由光电门毫秒计组成。

J0201-CHJ 存储式数字毫秒计采用单片微处理器，程序化控制，可用于各种计时、计数、测速度等，并具备多组实验数据的记忆存储功能。

仪器面板如图2所示。

滑块 图1 气垫导轨1) 数据显示窗口：显示测量数据、光电门故障信息等。

2）单位显示：[s]、[ms]、cm/s]、[cm/s 2]或不显示（计数时不显示单位）。

用气垫导轨验证牛顿第二定律需注意的事项
牛顿第二定律是经典物理力学的一个基本定律，描述了物体在受到力的作用下产生加
速度的关系。

在实验室中，可以使用气垫导轨来验证牛顿第二定律，并且需要注意以下一
些事项。

1. 气垫导轨的操作要规范。

气垫导轨通常采用气流支撑的方式，需要保持气压稳定、气流均匀。

试验前要检查气源、气路是否通畅，气垫导轨表面是否平整。

2. 牛顿第二定律的实验样品要注意选择。

实验样品要有一定的质量和表面平整度，
才能保证实验结果准确。

同时，实验时要使用一定数量的附加物体，以便动态平衡和重心
的控制。

3. 实验要使用高精度的测量仪器。

实验中需要测量弹丸的质量、速度、时间等参数，并要求测量仪器具有较高的精度和可靠性，以保证实验数据的准确。

4. 实验的数据处理要科学合理。

在数据处理过程中，需要注意界定实验误差和不确
定度，合理确定实验结果的有效数字和误差范围，同时要遵循科学实验的规范和原则。

5. 注意实验安全。

在实验过程中，要注意实验样品的安装和操作过程中的安全措施，如戴好防护眼镜、穿好实验服、佩戴手套等，以保证实验过程的安全和可靠性。

总之，使用气垫导轨验证牛顿第二定律的实验要做好各项工作，注意实验过程中的细节，保证实验结果的准确性和可靠性。

同时，也要根据实验结果进行分析和总结，以进一
步完善和发展牛顿第二定律所描述的物理规律。

牛顿第二运动定律的验证一．实验教学目的1. 了解气垫导轨的结构，掌握其使用和调整的方法；2. 学会测量滑块的速度和加速度；3. 验证牛顿第二定律，以加深对该定律的认识；4. 学习验证力学定理的途径和方法。

二．仪器用具气垫导轨、，气源，数字计时器，滑块，光电门，砝码及砝码托，游标卡尺，米尺，天平等。

三．测量原理及使用注意事项牛顿第二定律的数学表达式为：maF=由上式可知，当物体的质量m一定时，其加速度a与所受到合外力F成正比；当合外力F一定时，物体的质量m与加速度a成反比。

1.使用气轨时，要防止碰伤轨面和滑块，在不通气时严禁将滑块放在轨面上滑动；要检查轨面喷气孔是否堵塞，发现堵塞要用细钢丝通一下；2.实验时滑块的运动速度不要太大；3.在实验中应将未挂在线上的砝码放在滑块上，以保证运动系统质量一定。

四． 实验内容 1. 调平气垫导轨调整气垫导轨水平是实验前的重要准备工作，要细致耐心地反复调整，可按下列两种方法中的任意一种方法调整：（1）静态调平法：导轨接通气源，滑块放在导轨某处，用手轻轻地把滑块压在导轨上，再轻轻地放开，观察滑块的运动状态，连续做几次。

如果滑块在导轨上静止不动，或稍有左右移动，则导轨是水平的；如滑块几次都向同一方向运动，表明导轨不平。

仔细、认真调节水平螺钉，直到滑块在导轨任意位置上基本保持静止不动，或稍有左右移动。

一般要在导轨上选取几个位置做这样的调节。

（2）动态调平法：将气轨与计时器配合进行调平，仪器接通电源，仪器功能选择在“S2”挡上，两个光电门间距不小于30cm 卡装在导轨上，导轨两端装上弹射器，滑块装上挡光片，给气轨通气让滑块以一定的速度从导轨的左端向右端滑行，先后通过两个光电门G1和G2，计时器就分别记下挡光片通过两个光电门的时间1t 和2t ；再反过来让滑块以一定的速度从导轨的右端向左端滑行，先后通过两个光电门G2和G1，再测出'2t ，'1t ，如果12t t 〉，'〈'12t t ，那么气轨基本调平了，如果'-'≈-2112t t t t 就更好了。