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1、1物体速度、加速度的测量教学设计实验名称：物体速度、加速度的测量 1 目的1）学会使用气垫导轨和数字毫秒计。2）掌握测量速度和加速度。2 仪器气垫导轨、滑块，数字毫秒计，弹簧。3 实验原理3.1 速度和加速度的测量物体作直线运动时，如果在t 时间间隔内，通过的位移为x，则物体在t的时间间隔内的平均速度 V 为：（1）tx当t 趋近于零时，平均速度的极限值就是该时刻（或是该位置）的瞬时速度。当滑块在气垫导轨上运动时，通过测量滑块上的档光板经过光电门的档光时间t 和测量档光板的宽度x（见图 2-1） 。即可求出滑块在t 时间内的平均速度v。由于档光板宽度比较窄，可以把平均速度近似地看成滑块通过光电
2、门的瞬时速度。档光板愈窄，相应的t 就愈小，平均速度就更为准确地反映滑块在经过光电门位置时的瞬时速度。在水平的气轨上的滑块，如果受到水平方向的恒力作用，则滑块在气轨上作匀加速度运动，分别测量滑块通过两个光电门时的初速度 和末速度 ，并测出两个光电V12门的间距 S，则滑块的加速度 a 为： (2)a21在水平的气轨的倾斜度调节螺丝下面，垫进垫块。 图 2-1 挡光板如图 2-2 所示，使导轨倾斜，滑块在斜面上所受的合力为 mgSin 是一个常量，因此，滑块作加速度直线运动，即：（3）LhgSina式中 L 为导轨地脚螺丝间的距离，h 为垫块的厚度。由（2） （3）两式可得：（4）hsV)(12
3、图 2-2 气垫导轨示意图4 教学内容4.1.1 接通数字毫秒计1）将数字毫秒计开关打开，显示屏上显示“P” ，表示数字毫秒计处于待测状态。2）将输入选择键置于白炽灯，光电门上的小灯珠亮。3）将功能/修改键置于 。P14）将时标/预置键置于 0.1ms ( 即显示屏上的左边第 1 位)。5）用铅笔杆对任一光电门作短暂挡光，毫秒计开始计时，显示屏上左边第 1位出现“一”杆，若再档一下光，毫秒计就显示数据，表示毫秒计光电系统正常工作。6）按复位键进行更换测量方式。然后重新选用功能/修改键设定仪器测量方式。4.1.2 调节气垫导轨水平1）滑块静止判断法：通气后将滑块置于导轨上的任何位置，若滑块都能静
4、止不动（或基本上不动） ，则可认为导轨已调平，否则，继续调单脚螺丝，直到水平为止。2）滑块运动判断法：将功能/修改键置于 方式，滑块插上空心档光板，让P2运动的滑块以一定速度先后通过相距约 50cm 的两个光电门，若毫秒计上，显示的两个时间 两近似相等，则可认为导轨已调水平，否则要继续调节螺旋，直E31,到水平为止。3）调水平后，在导轨的一端垫上一块厚 1.00cm 的垫块，使导轨倾斜。4）调整光电门的位置。将光电门 置于标尺 100.00cm 处， 置于标尺的S1 S250.00cm 处，使 。cmS0.5215）让滑块从导轨的高端自由滑下，测出滑块经过第一个光电门和第二个光电3门的档光时间
5、 和 。 （用空心档光片，挡光片的宽度为 。 ）重复测量 8 次，t12 x并确定滑块经过两光电门位置的速度、加速度及其不确定度。6）把垫块换到导轨的另一端，按照步骤 5 再测，两次取平均值。7）用（4）式计算重力加速度。5 实验教学组织及教学要求讲解原理，测量要求，测量的注意事项；让学生自行操作；检查数据，并要求整理。6 实验教学的重点与难点重点：掌握测量速度和加速度的方法。 难点：气垫导轨的水平调节。7 实验中容易出现的问题1）水平调节，有时候是气垫导轨的问题。2）光电门易不挡光，主要是因灯泡的光没有对准接收光管。3）滑块漂不起来，可能是气孔赌塞，就要通孔。特别注意：还没有通气时不要把滑块
6、放在导轨上，同时做完实验要把滑块从导轨上取下。 8 实验参考数据表 1t1(s) t2(s) t1(s)(垫块在另一端) t2(s)(另一端) x(cm) S(cm) h(cm) L(cm)0.0255 0.0375 0.0306 0.0440 1.00 50.00 1.00 135.00 0.0255 0.0377 0.0306 0.04420.0256 0.0378 0.0306 0.04450.0255 0.0383 0.0308 0.04400.0254 0.0380 0.0305 0.04430.0255 0.0380 0.0307 0.04460.0254 0.0381 0.030
7、6 0.04390.0254 0.0381 0.0305 0.0441表 2t1(s) t2(s) t1(s)(垫块在另一端) t2(s)(另一端) x(cm) S(cm) h(cm) L(cm)0.0280 0.0414 0.0287 0.0443 1.00 50.00 1.00 135.00 0.0280 0.0421 0.0283 0.04360.0282 0.0424 0.0281 0.04390.0280 0.0418 0.0288 0.04360.0280 0.0415 0.0284 0.04360.0281 0.0415 0.0286 0.043849 实验结果检查方法垫块在两端的数据应该尽量接近。10 课堂实验预习检查题目实验目的，实验原理，实验内容及步骤，注意事项，记录数据表格。11 思考题
