氣軌導軌上的實驗
——測量速度、加速度及驗證牛頓第二運動定律
一、實驗目的
1、學習氣墊導軌和電腦計數器的使用方法。
2、在氣墊導軌上測量物體的速度和加速度，並驗證牛頓第二定律。
3、定性研究滑塊在氣軌上受到的粘滯阻力與滑塊運動速度的關係。
二、實驗儀器
氣墊導軌(qg-5-1.5m)、氣源（dc-2b型）、滑塊、墊片、電腦計數器(muj-6b型)、電子天平（yp1201型）
三、實驗原理
1、採用氣墊技術，使被測物體「漂浮」在氣墊導軌上，沒有接觸摩擦，只用氣墊的粘滯阻力，從而使阻力大大減小，實驗測量值接近於理論值，可以驗證力學定律。
2、電腦計數器（數字毫秒計）與氣墊導軌配合使用，使時間的測量精度大大提高（可以精確到0.01ms），並且可以直接顯示出速度和加速度大小。
3、速度的測量
如圖，設u型擋光條的寬度為，電腦計數器顯示
出來的擋光時間為，則滑塊在時間內的平均速度為
；越小（越小），就越接近該位置的即時速
度。實驗使用的擋光條的寬度遠小於導軌的長度，故可將
視為滑塊經過光電門時的即時速度，即。
4、加速度的測量
將導軌墊成傾斜狀，如右圖示：兩
光電門分別位於和處，測出滑塊經
過、處的速度和，以及通過距
離所用的時間，即可求出加速度：
或 速度和加速度的計算程式已編入到電腦計數器中，實驗時也可通過按相應的功能和轉換按鈕，從電腦計數器上直接讀出速度和加速度的大小。
5、牛頓第二定律得研究
若不計阻力，則滑塊所受的合外力就是下滑分力，。假定牛頓第二定律成立，有，，將實驗測得的和進行比較，計算相對誤差。如果誤差實在可允許的範圍內（＜5％），即可認為，則驗證了牛頓第二定律。
（本地g取979.5cm/s2）
6、定性研究滑塊所受的粘滯阻力與滑塊速度的關係
實驗時，滑塊實際上要受到氣墊和空氣的粘滯阻力。考慮阻力，滑塊的動力學方程為，，比較不同傾斜狀態下的平均阻力與滑塊的平均速度，可以定性得出f與v的關係。
四、實驗內容與步驟
1、將氣墊導軌調成水平狀態
先「靜態」調平（粗調），後「動態」調平（細調），「靜態」調平應在工作區間範圍內不同的位置上進行2~3次，「動態」調平時，當滑塊被輕推以50cm/s左右的速度（擋光寬度1cm，擋光時間20ms左右）前進時，通過兩光電門所用的時間之差只能為零點幾毫秒，不能超過1毫秒，且左右來回的情況應基本相同。兩光電門之間的距離一般應在50cm~70cm之間。
2、測滑塊的速度
①氣墊調平後，應將滑塊先推向左運動，後推向右運動（先推向右運動，後推向左運動，或者讓滑塊自動彈回），作左右往返的測量；
②從電腦計數器上記錄滑塊從右向左或從左向右運動時通過兩個光電門的時間、，然後按轉換健，記錄滑塊通過兩個光電門速度、，如此重複3次，將測得的實驗資料計入表1，計算速度差值。
3、測量加速度，並驗證牛頓第二定律
在導軌的單腳螺絲下墊2塊墊片，讓滑塊從最高處由靜止開始下滑，測出速度、和加速度，重複4次，取。再添2塊（或1塊）墊片，重複測量4次。然後取下墊片，用游標卡尺測量兩次所用墊片的高度h，用鋼捲尺測量單腳螺絲到雙腳螺絲連線的距離l。
計算，進比較與，計算相對誤差，寫出實驗結論。
4、用電子天平稱量滑塊的質量m，計算兩種不同傾斜狀態下滑塊受到的平均阻力，並考察兩種傾斜狀態下滑塊運動的平均速度（不必計算），通過分析比較得出f與v的定性關係，寫出實驗結論。
五、注意事項
1、保持導軌和滑塊清潔，不能碰砸。未通氣時，不能將滑塊放在導軌上滑動。實驗結束時，先取下滑塊，後關閉氣源。
2、注意用電安全。
六、資料記錄與處理
表1. 速度的測量（）
表2. 加速度的測量
（，l= cm，m= g）
七、實驗結論
1、關於牛頓第二定律的驗證：……
2、關於滑塊所受的氣體阻力與滑塊運動速度的關係：……
八、誤差分析與習題
1、若改變本實驗的某乙個條件（如改變下滑的初速度、滑塊上附加重物、改變導軌的傾斜度），在不考慮阻力和考慮阻力兩種情況下，它們會對加速度產生什麼影響？
2、一般情況下，實驗值比理論值應該大些還是小些？
3、具體分析本實驗產生誤差的各種原因。
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