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1、在气垫导轨上测速度和加速度在气垫导轨上测速度和加速度实验目的掌握在斜面上用光电计时电计时 法验证验证 匀加速运动动的三个基本公式、外推法验证验证 牛顿顿第一定律的实验实验 方法；掌握光电计时电计时 的基本原理；学会用图图解法处处理测测量数据。实验原理匀加速运动的三个基本公式 v = v0+ 2aS （1）（2） 式中：v0, v分别表示物体在 t=0，t=t 时刻的速度。S是物体 在 t 时间内通过的距离,a即为物体的加速度.在两个方程 中消去时间t ,就得到第三个方程v2 = v02+ 2aS （3）它可以表示为物体在匀加速度为a的运动中,相距S的两点的 速度分别为 v0, v。实验原理物体
2、作斜面运动，忽略斜面摩擦力，且 5，物体沿斜面 的加速度a是重力加速度的分量： （4）当g, L, h均不变时，a即为常量，物体作匀加速运动。物体S光电门BgLh光电门A实验原理按前式（3）：v2 S ,两者呈线性函数关系，图形 上就是一条直线，不断改变 S(S1,S2,S3,S4,S5,S6,),测取相应v2 (v12, v22, v32,v42, v52,v62), 在坐标 纸上画出相应点，连线成近似直线， 其斜率k为加速度的两倍，即2a。物体S光电门BLh光电门Av2(m/s) 2S(m)a1v0a2实验原理由公式（4）可以看到: 加速度a和h成线性关系, 在ah图中利用外推法,当h=0
3、时，a 0。即导轨水平时，物体无外力作 用，保持匀速直线运动。从而验证 牛顿第一定律。a(m/s2)h(m)物体S光电门BLh光电门A实验仪器1.气垫导轨和滑块 1套 2.光电计时系统 1套 3.垫块 3个实验仪器 气垫导轨和滑块气垫导轨的剖面是中空的铝制型材，两面有两排小孔。 有压缩空气喷出，使滑块和导轨之间形成空气膜，产生一个 近似于没有摩擦的环境。由此可模拟物体忽略摩擦力时的 斜面运动，用于研究匀加 加速运动。这里的物体是 一个滑块。气垫导轨挡光片滑块压缩空气滑块挡光片实验仪器光电计时系统用多功能计时器测量物体（滑块）的运动速度等参数。 它由两个光电门和主机构成。光电门与滑块上的档光板配
4、合 ，光电门滑块挡光片气垫导轨可测取滑块滑过光 电门的时间参数， 经由主机进行数据 处理 后，显示相应的时 间间隔， 速度和加速度等测 量值。实验仪器光电门的凹槽与档光片位置的调整光电门滑块挡光片实验仪器光电门的槽口上下装有光电发射器和接 收器，槽口未被遮挡时，接收器处于高电平 ，反之处于低电平。跟滑块一起运动的挡光 片是带有开口槽的（ s 是确定的），当它 通过一个光电门时产生两次挡光,形成一个完 整的脉冲。当仪器测出这个脉冲的周期值， 即可由下式得出滑块通过光电门的瞬时速度 （近似值）。st实验仪器实验中我们使用的是 华东师范大学科教仪 器厂生产的CSZ智 能数字测试仪，实验 中我们只是使
5、用其中 的一种功能。多功能计时器功能键实验仪器“手动-自动” 键要让手动灯 亮；最左边的 键要让上排的 灯亮；“选择 ”键是功能选 择，有19种 功能选择；“ 执行”键是操 作执行。有机玻璃垫块实验仪器垫在导轨的一 侧使之产生斜 面。可组合使 用产生从1 6cm的高度。2cm1cm3cm在倾斜导轨上测量并绘制v2-S要图，由图求加速度 a v2 = v02+2aS实验内容固定导轨高度h=3cm,多次改变Si， 测量对应的vi，作 vi2-Si 直线图，用 两点法求直线的斜率k，根据上式求 得加速度a，与公式：计算的加速度a 作相对误差的运算 ；将直线的截距开方与实测的初速 度v 0作相对误差的
6、运算。v2(m/s) 2S(m)a1v02a2物体S光电门BLh光电门A验证牛顿第一定律实验内容固定滑块的移动路程S，多次改变导 轨的高度hi,直接测量对应的ai，作 ai-hi 直线图，观察直线的外延虚线 在 hi= 0时是否指向零，如果为零， 则验证了上式。物体S光电门BLh光电门Aa(m/s2)h(m)操作指导1.多功能计时器的功能选择，测量绘制v2-S图并 加速度a时，选择功能（4U：测量两个速度）按“选择键”直 至出现“4U”； 按“执行键”选 择档光片宽度 为2cm。再按“ 执行键”即可进 行测量档光片 通过两个光电 门时的瞬st时速度v0和选vi。操作指导2.调节导轨水平 静态调
7、节光电门A置于靠近气源处约0.5m处，光电门B置于距离 光电门A约0.5m处（远离气源方向），打开气源后，滑 块置于导轨中央，由静止状态释放，视其移动方向而调 整水平调整螺丝(移动的方向要调高)，使滑块趋于静止 状态。L=100.00cm气垫导轨滑块气源光电门B光电门A水平调整螺丝约0.5mL=100.00cm操作指导2.调节导轨水平 动态细调将滑块置于近气源侧，按下光电计数器的“执行键”，轻 推滑块使之依次滑过光电门A和B，读取并比较两个瞬 时速度v a和v b，数值大的这一侧偏低需抬高(调整水平 调整螺丝)。如此反复多次测量调整，使两速度之差 0.01m/s。气垫导轨滑块气源光电门B光电门
8、A水平调整螺丝移动vavb操作指导3.测量并绘制vi2Si图，用图解法求加速度a垫块h选用3cm, 光电门位置固定，光电门置于S1 处，滑块从固定位置S0开始释放，依次滑过光电门A和 B，得到v0、 v1，重复测量5遍，计算v1的平均值和v12， 得到一组数据P1(S1, v12)。滑块气源光电门B光电门Av0滑块静止 释放点S0S1v1 h操作指导多次改变光电门的位置，使Si分别为0.1m、0.2m、 0.3m、0.4m、0.5m、0.6m。重复以上的实验步骤，可 得6组实验数据P16(Si, vi2)。 要求滑块每次都准确地在S0处由静止状态释放，保证v0 一致,其 v0应0.01m/s。
9、滑块气源光电门B光电门Av0滑块静止 释放点S0S1S2S3S4S5S6v1v2v4v3v5v6h操作指导将P16(Si, vi2)作图于mm方格纸上，可得以下图形。用两 点法求直线的斜率k， 根据公式：v2 = v02+ 2aS 可计算出a。另外，根据公式： 可计算出a的理论值a理，式中g=9.794m/s2, h=3.00cm, L=100.00m 计算a的百分差Pav2(m/s) 2S(m)a1v02a2操作指导从图中作直线的外延线求其截距b，根据公式：v2 = v02+ 2aS 可求得v0，将其与实际测得的v0测， 作相对误差Ev运算。v2(m/s) 2S(m)a1v02a2操作指导4
10、.验证牛顿第一定律 多功能计时器的功能选择（5-A：直接测量a）st按“选择键”直 至出现“5-A”； 按“执行键”选 择档光片宽度 为2cm。再按“ 执行键”即可直 接测量a。操作指导光电门和位置均固定（例如S6），垫块h为1cm,滑 块从固定位置S0开始释放，依次滑过光电门A和B，可 从光电计数器直接读取a1。由此得到P1(h1, a1)。垫块经 组合，其高度h可依次改变为：16cm, 重复以上的实 验步骤，可得6组实验数据P16(hi, ai)。滑块气源光电门B光电门A滑块静止 释放点S0 S6h操作指导将P16(hi, ai)作图于mm方格纸上，可得以下图形。从图 中作直线的外延线，观察其截距b是否为零。根据公式：其截距应该为零。a(m/s2)h(m)补充：作图法直观、形象,准确度要差一些. 实验图线的绘制： 图纸大小的选择 坐标的标记和分度 实验点的标志 图线的描绘 图线的注解和说明图纸的描绘注意点：1.坐标轴的起点坐标不一定为零，原则是使作出的图线充 满整个图纸。2.坐标轴的分度：作图纸的最小分度代表有效数字准确数的最后一位。3.实验点的标识必须明显、突出。例如，可以用“ ”等符号。图解法:外推法：可以方便地得到实际上无法测量的点的量值。 求经验公式：用解析法和图解法可以求得经验公式，也可以利用图解 法求得截距和斜率，进而求得相应的物理量。 注意：不能用实验点求斜率。
