實(shí)驗(yàn)二氣墊導(dǎo)軌上的實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)二氣墊導(dǎo)軌上的實(shí)驗(yàn)氣墊導(dǎo)軌是為除去摩擦而設(shè)計(jì)的力學(xué)實(shí)驗(yàn)的裝置，來自氣源的氣在開有密集小孔的導(dǎo)軌表面產(chǎn)生一層氣墊。物體運(yùn)動在氣墊上，防止物體與導(dǎo)軌的直接接觸，很大程度上減少了物體與導(dǎo)軌表面的摩擦。利用氣墊導(dǎo)軌能夠進(jìn)行很多力學(xué)實(shí)驗(yàn)，如測定速度、加快度，考證牛頓第二定律，動量守恒定律，研究簡諧振動等。【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?、利用碰撞特例考證動量守恒定律。2、學(xué)習(xí)使用氣墊導(dǎo)軌和數(shù)字毫秒計(jì)?！緦?shí)驗(yàn)儀器】實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示，主要由氣源、氣墊導(dǎo)軌、滑塊（上邊裝有檔光片）統(tǒng)（光電門、數(shù)字毫秒計(jì)）構(gòu)成。

、光電計(jì)時(shí)系圖1氣墊導(dǎo)軌實(shí)驗(yàn)表示圖實(shí)驗(yàn)室用“吹塵器”作氣源。氣墊導(dǎo)軌簡稱氣軌，是一條橫截面為三角形的空芯軌道，軌道表面散布著很多吝嗇孔。氣軌一頭關(guān)閉，另一頭裝有進(jìn)氣嘴，氣流從進(jìn)氣嘴流入，經(jīng)過吝嗇孔噴出，當(dāng)滑塊置于氣墊之上時(shí)，滑塊與軌道之間形成氣墊，將滑塊浮起，滑塊的運(yùn)動可視為是無摩擦的（氣墊的兩端裝有緩沖彈簧，免得滑塊沖出）。整個(gè)導(dǎo)軌布置在矩形梁上，梁下有三個(gè)用來調(diào)理水平的底腳螺絲。（3）滑塊m1、m2（m1~2m2）是實(shí)驗(yàn)中互相碰撞的兩物體，m1、m2滑塊的內(nèi)表面可與氣軌親密配合；上部裝有“凹”字形的檔光片，m1一端裝有緩沖彈簧，另一端粘有尼龍搭扣，m2一端粘有尼龍搭扣，另一端為圓滑端。（4）光電計(jì)時(shí)測速系統(tǒng)由光電門、數(shù)字毫秒計(jì)（包含滑塊上的檔光片）構(gòu)成。光電門是計(jì)時(shí)系統(tǒng)的信號接收裝置，主要由安裝在支架上的小聚光燈和光敏管構(gòu)成，也有使用紅外發(fā)光二極管和紅外光敏三極管構(gòu)成的光電門。聚光燈和光敏管對置于軌道雙側(cè)，工作時(shí)聚光燈發(fā)光，光敏管接收光電信號。利用光敏管所接收的光照變化來控制毫秒計(jì)的“計(jì)”和“?！保瑢?shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)。光電計(jì)時(shí)器在本實(shí)驗(yàn)的工作特色是：光敏管第一次被遮光，開始計(jì)時(shí)，第二次被遮光，計(jì)時(shí)停止，故計(jì)時(shí)器記錄的是兩次遮光的時(shí)間間隔。固連于滑塊上的擋光片的有效部分為“凹”字形鋁片，當(dāng)擋光片伴同滑塊經(jīng)過光電門時(shí)，就使光敏管遇到兩次遮光，進(jìn)而使計(jì)時(shí)器記下一段時(shí)間t與此段時(shí)間對應(yīng)的擋光片的有效寬度x，如圖2所示。x運(yùn)動方向圖2檔光片運(yùn)動表示圖于是滑塊經(jīng)過光電門的均勻速度為xt（1）m1、m2上的擋光片的有效寬度分別x不大，可將v近似地視為剎時(shí)速度。本實(shí)驗(yàn)中，為x13.00cm、x21.00cm.毫秒計(jì)的用法此處不再詳述。【實(shí)驗(yàn)原理】二、速度與加快度物體作直線運(yùn)動時(shí)，假如在t時(shí)間間隔內(nèi)，經(jīng)過的位移為x，則物體在t的時(shí)間間隔內(nèi)的均勻速度V為：Vx（8）t當(dāng)t趨近于零時(shí)，均勻速度的極限值就是該時(shí)刻（或是該地點(diǎn)）的剎時(shí)速度。當(dāng)滑塊在氣墊導(dǎo)軌上運(yùn)動時(shí)，經(jīng)過丈量滑塊上的檔光片經(jīng)過光電門的檔光時(shí)間t與檔光片的寬度x（見圖2），即可求出滑塊在t時(shí)間內(nèi)的均勻速度v。因?yàn)闄n光片寬度比較窄，能夠把平均速度近似地當(dāng)作滑塊經(jīng)過光電門的剎時(shí)速度。檔光片愈窄，相應(yīng)的t就愈小，均勻速度就更加正確地反應(yīng)滑塊在經(jīng)過光電門地點(diǎn)時(shí)的剎時(shí)速度。本實(shí)驗(yàn)中，滑塊上的U型擋光片的寬度為x13.00cm，條形擋光片的寬度為x21.00cm在水平氣軌上的滑塊，假如遇到水平方向的恒力作用（這個(gè)恒力由加上質(zhì)量為m的重物來供給），則滑塊在氣軌上作勻加快度運(yùn)動。分別丈量滑塊經(jīng)過兩個(gè)光電門時(shí)的初速度V1和末速度V2，并測出兩個(gè)光電門的間距S，則滑塊的加快度a為：aV22V12（9）2S又設(shè)重物的質(zhì)量為M，滑塊的質(zhì)量為m，依據(jù)牛頓第二定律有：Mg=（m+M）a（10）則g(mM)a（11）M【實(shí)驗(yàn)步驟】二、速度、加快度的丈量1．檢查光電門，使儲存式數(shù)字毫秒計(jì)處于正常工作狀態(tài)（電腦計(jì)時(shí)器的使用參看說明書）。2．察看勻速直線運(yùn)動——丈量速度輕輕推進(jìn)滑塊，察看滑塊在氣軌上的運(yùn)動，包含隨和軌兩頭的緩沖彈簧的碰撞狀況。分別記下滑塊經(jīng)過兩個(gè)光電門時(shí)的速度V1和V2，試比較V1和V2的數(shù)值，若V1和V2之間的差別小于V1（或V2）的1％時(shí)，則導(dǎo)軌靠近水平，此時(shí)可近似以為滑塊作勻速直線運(yùn)動；若V1和V2相差較大，可經(jīng)過調(diào)理導(dǎo)軌底座螺釘使導(dǎo)軌水平。熟習(xí)丈量滑塊的速度。3．氣墊導(dǎo)軌調(diào)水平后，依據(jù)表2丈量滑塊在導(dǎo)軌上作勻速直線運(yùn)動時(shí)任一地點(diǎn)處的瞬時(shí)速度V。4．加快度的丈量（1）在滑塊的一端利用掛鉤的絲線加上質(zhì)量為m的物體，讓滑塊在物體的重力作用下運(yùn)動，記錄滑塊經(jīng)過兩光電門后計(jì)時(shí)器所顯示的時(shí)間t12或即時(shí)速度12、tV、V(取決于電腦計(jì)時(shí)器的功能)，此中V1x/t1，V2x/t2（x為擋光片的計(jì)時(shí)寬度）。將數(shù)據(jù)記入表3中，則滑塊運(yùn)動的加快度a可按式（9）計(jì)算。（2）利用天均分別測出滑塊與物體的質(zhì)量，依據(jù)式（11）求重力加快度g?！緮?shù)據(jù)記錄與辦理】3．速度、加快度的丈量數(shù)據(jù)記錄表以下表2、表3。表2速度的丈量數(shù)據(jù)待丈量次數(shù)x(m)t(s，ms)V(m/s)123456均勻值表3加快度的丈量數(shù)據(jù)待丈量次數(shù)x(m)t(s，ms)t(s，ms)2)12123456【注意事項(xiàng)】1.使用氣墊導(dǎo)軌時(shí)，切勿屢次用手觸碰導(dǎo)軌，免得加大導(dǎo)軌摩擦力。2.進(jìn)行丈量時(shí)，應(yīng)保證導(dǎo)軌先通氣，再放滑