氣軌上的物理實驗

氣軌上的物理實驗第1頁/共15頁一、實驗儀器簡介氣墊導軌由導軌、滑行器及有關(guān)實驗附件組成。利用小型氣源將壓縮空氣送入導軌內(nèi)腔，空氣再由導軌表面上的小孔中噴出，在導軌表面與滑行器內(nèi)表面之間形成很薄的氣墊層?；衅骶透≡跉鈮|層上，與軌面脫離接觸，因而能在軌面上做近似無阻力的直線運動，極大地減小了由于摩擦力引起的誤差。第2頁/共15頁存儲式數(shù)字毫秒計與數(shù)字計時器存儲式數(shù)字毫秒計與存儲式數(shù)字計時器具有存儲功能，可做計時、計數(shù)等使用。它還可與J2125型氣墊導軌配合使用，來測量速度、加速度等物理量，并直接顯示實驗的速度和加速度的值。第3頁/共15頁二、實驗目的熟悉氣軌的構(gòu)造、性能，掌握氣軌的調(diào)節(jié)及操作方法。學習在氣軌上測定速度加速度。驗證牛頓第二定律。掌握數(shù)字毫秒計，正確記錄數(shù)據(jù)。第4頁/共15頁三、實驗原理B:完全非彈性碰撞:如果兩個滑塊碰撞后一起以相同的速度運動而不分開，就稱為完全非彈性碰撞。碰撞前后系統(tǒng)的動量守恒，但機械能不守恒。動量守恒定律有A:彈性碰撞:彈性碰撞的特點是碰撞前后系統(tǒng)的動量守恒，機械能也守恒。（1）驗證動量守恒定律第5頁/共15頁盡管像這樣用平均速度代替瞬時速度會產(chǎn)生一定誤差，但只要物體運動速度較大而加速度又不太大，這種誤差也不會太大。物體做直線運動時，其瞬時速度定義為：根據(jù)這個定義，瞬時速度實際上是不可能測量的。因為當時，同時有，測量上有具體困難。我們只能取很小的及相應的，用其平均速度來代替瞬時速度，即（2）測量滑塊運動的瞬時速度第6頁/共15頁（3）測量滑塊運動的加速度在實驗中使用的毫秒計只能從0時刻開始計時，運動方程為：第7頁/共15頁

實驗時，讓滑塊由導軌最高端（或某一固定位置）靜止自由下滑，即可測得不同位置S0,S1,S2,．．．．．處各自相應的速度和加速度值，如圖所示。第8頁/共15頁四、實驗內(nèi)容與操作步驟（一）驗證動量守恒定律A、在彈性碰撞情形下在質(zhì)量相等（即m1=m2）的兩個滑塊上，分別裝上彈性碰撞器。將滑塊m2置于兩個光電門之間，令其初速度等于零。將滑塊m1放在氣軌任一端，令其運動，經(jīng)過第一個光電門記錄碰前速度為v10。兩滑塊相碰后，m2滑塊以速度v2向前運動，滑塊m1以速度v1運動，測出兩滑塊碰后運動速度v1和v2。重復（2）步，進行多次測量。列表記錄彈性碰撞前后的各個速度，計算碰撞前后的總動量。驗證動量守恒定律。第9頁/共15頁B、在完全非彈性碰撞情形下（1）在質(zhì)量相等（即m1=m2）的兩個滑塊上，分別裝上完全非彈性碰撞器（尼龍塔）。（2）將滑塊m2置于兩個光電門之間，令其初速度等于零。將滑塊m1放在氣軌任一端，令其運動，經(jīng)過第一個光電門記錄碰前速度為v10。兩滑塊相碰后，兩滑塊以相同的速度v向前運動，當m2經(jīng)過第二個光電門時記錄的速度就是兩滑塊相撞后的速度v。（3）重復（2）步，進行多次測量。（4）列表記錄彈性碰撞前后的各個速度，計算碰撞前后的總動量。（5）驗證動量守恒定律。第10頁/共15頁（二）驗證牛頓第二定律1、測量滑塊在傾斜導軌上作勻加速直線運動時任一位置處的瞬時速度v（1）在傾斜導軌上任一位置處放置一光電門。（2）使滑塊從導軌最高處（或某一固定位置）靜止自由下滑，由存儲式數(shù)字毫秒計測出滑塊經(jīng)過光電門的速度，進行多次測量，取平均值。（3）改變滑塊的位置，再自由釋放，然后重復步驟（2）。2、加速度的測量（1）在傾斜氣軌上任意兩個位置處放置兩個光電門。（2）使滑塊從導軌最高處（或某一固定位置）靜止自由下滑，由存儲式數(shù)字毫秒計測出滑塊在兩個光電門之間經(jīng)過時的加速度a，進行多次測量，取平均值。（3）改變滑塊位置，再自由釋放，然后重復步驟（2）。3、驗證牛頓第二定律第11頁/共15頁五、注意事項1.氣孔不噴氣時，不準將滑行器在導軌上來回滑動。2.每次實驗前,都要把氣軌調(diào)到水平位置。包括縱向和橫向水平。否則滑行器就不能順利地滑行。3.氣軌表面不允許有塵土污垢，使用前需用干凈棉花蘸酒精將軌面和滑行器內(nèi)表面擦凈。4.接通氣源后，須待導軌空腔內(nèi)氣壓穩(wěn)定、噴氣流量均勻之后，再開始做實驗。

第12頁/共15頁5.導軌與滑行器配合很嚴密，軌面和滑行器內(nèi)表面有良好的直線度、平面度和光潔度。所以，軌面和滑行器內(nèi)表面要防止磕碰、劃傷和壓彎。6.在氣墊導軌上做實驗時，配合使用的另附件很多，要注意將零附件放在專用盒里,不要弄亂。尤其各種螺旋彈簧，糾纏在一起后很不容易分開，軟彈簧還容易損壞。輕質(zhì)滑輪、擋光框以及一些塑料零件，要防止壓彎、變形、折斷。7.不做實驗時,導軌上不準放滑行器和其它東西。第13頁/共15頁六、思考與討論1．用平均速度代替瞬時速度的依據(jù)是什么？必須保證哪些實驗條件？2．如果沒有天平，我們是否能用氣軌與存儲式數(shù)字毫秒計來測出物體質(zhì)量？簡述其步驟。3．如果滑塊在運動中受到一定的阻力作用，那么實驗測得的加速度是否為滑塊真實的加速度（在誤差范圍內(nèi)）？