1、xvLS h1s 2s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
2、间的测量精度大大提高（可以精确到 0.01ms） ，并且可以直接显示出速度和加速度大小。3、速度的测量如图，设 U 型挡光条的宽度为 ，电脑计数器显示x出来的挡光时间为 ，则滑块在 时间内的平均速度为tt； 越小（ 越小） ， 就越接近该位置的即时速xvtv度。实验使用的挡光条的宽度远小于导轨的长度，故可将视为滑块经过光电门时的即时速度，即 。xt xvt4、加速度的测量将导轨垫成倾斜状，如右图示：两光电门分别位于 和 处，测出滑块经1s2过 、 处的速度 和 ，以及通过距1s2v离 所用的时间 ，即可求出加速度：12t或 21at21as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
3、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， 。假sinhFmgL定牛顿第二定律成立，有 ， ，将实验测得的 和 进hmgaL理 论 hgL理 论 a理 论行比较，计算相对误差。如果误差实在可允许的范围内（5） ，即可认为，则验证了牛顿第二定律。 （本地 g 取 979.5cm/s2）a理 论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 ， ，比较不同倾斜状态下hmgfaL()hfmgaL理 论 的平均阻力 与滑块的平均速度，可
4、以定性得出 f 与 v 的关系。f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 23 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。两光电门之间的距离一般应在 50cm70cm 之间。2、测滑块的速度气垫调平后，应将滑块先推向左运动，后推向右运动（先推向右运动，后推向左运动，或者让滑块自动弹回） ，作左右往返的测量；从电脑计数器上记录滑块
5、从右向左或从左向右运动时通过两个光电门的时间 、 ，然后按转换健，记录滑块通过两个光电门速度 、 ，如此重1t2 1v2复 3 次，将测得的实验数据计入表 1，计算速度差值。3、测量加速度，并验证牛顿第二定律在导轨的单脚螺丝下垫 2 块垫片，让滑块从最高处由静止开始下滑，测出速度 、 和加速度 ，重复 4 次，取 。再添 2 块（或 1 块）垫片，重复测1v2aa量 4 次。然后取下垫片，用游标卡尺测量两次所用垫片的高度 h，用钢卷尺测量单脚螺丝到双脚螺丝连线的距离 L。计算 ，进比较 与 ，计算相对理 论 a理 论误差，写出实验结论。4、用电子天平称量滑块的质量 m，计算两种不同倾斜状态下滑
6、块受到的平均阻力 ，并考察两种倾斜状态下滑块运动的平均速度（不必计算） ，通过分析f比较得出 f 与 v 的定性关系，写出实验结论。五、注意事项1、保持导轨和滑块清洁，不能碰砸。未通气时，不能将滑块放在导轨上滑动。实验结束时，先取下滑块，后关闭气源。2、注意用电安全。六、数据记录与处理表 1.动态调平实验数据1tms2tAms2121tt=-Ams3tAms4tms433tt=-AAms表 2. 速度的测量（ ）1.0xcm项目次序tA1( )ms2t( )V1(cm/s)V2(cm/s)V1V 2(cm/s)3t( )s4t( )V3(cm/s)V4(cm/s) V3V 4(cm/s)123
7、表 3. 加速度的测量（ ，L= cm） 1.0xcm项目次序V1(cm/s)V2(cm/s)a(cm/s2) (cm/s2)hagL理(cm/s2)()10aE理 理 123h1= cm4123h2= cm4123h3= cm4123h4= cm4七、实验结论1、关于牛顿第二定律的验证：2、关于滑块所受的气体阻力与滑块运动速度的关系：八、误差分析与习题1、若改变本实验的某一个条件（如改变下滑的初速度、滑块上附加重物、改变导轨的倾斜度） ，在不考虑阻力和考虑阻力两种情况下，它们会对加速度产生什么影响？2、一般情况下，实验值 比理论值 应该大些还是小些？a理3、具体分析本实验产生误差的各种原因。
