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实验十四气垫上导轨
气垫技术是实际六十年代发展起来的技术,现已在交通,机械等领域得到广泛应用,利
用这项技术制成气垫车、气垫船、气垫陀螺,空气轴承以及气垫传输等,在减少机械磨损,
延长使用,提高机械效率,节约能源等方面起到了很好的作用。
[实验目的]
1、了解气垫导轨的工作原理;
2、掌握利用气垫导轨测量物体的加速度和重力加速度;
3、验证牛顿第二定律
[实验仪器]
计算机一台,仿真软件
[实验原理]
1、物体在斜面上的
设物体质量为m,斜面倾角θ,则方程为
图14-1
可以通过测出斜面的长度和高得到,关键是要在气垫上测出物体加速度a,这样g
也就很容易求出。
当物体作直线时,其瞬间时速度定义为
当△t→0时,△s→0在测量上不容易做到,但我们可以用小量△t和△s替代ds和dt。
用短距离的平均速度代替瞬时速度,故有
式中△s和△t为U型挡光片挡光开始和挡光结束的距离和时间间隔,如图14-1。
△s/△t就是挡光后经过光电门时的瞬时速度v。使物体在斜面上做初速度为0的匀加
速直线。经过路程S后,末速度为v,则有
2、验证牛顿第二定律
设物体的总质量为M总,合外力为F,并假设其他耗散力,如摩擦力、空气阻力、
气垫粘滞力均可忽略不计,这时牛顿第二定律可表示如下:
F=M总a
若保持M总不变,改变F,F/a应为一常量即F增加,a增加,F减小a也减小。或保
持F不变,改变M总a不变,即M总增加,a减小。如能在实验中满足上述条件。即能验证
牛顿第二定律。
[实验内容与步骤]
1、气垫导轨调平及数字毫秒计的使用
气垫导轨调平:打开气源,放上滑块,观测滑块与轨面两侧的间隙,纵向水平调节双支
脚螺丝,横向水平调节单支脚,直到滑块在任何位置均保持不动,或做极缓的来回滑动为止。
动态法调平,滑块上装挡光片,让滑块以缓的初速v先后通过两个相距60cm光电门,如
0
果滑块通过两个光电门所用的时间相差小于1ms,便可以认为导轨已调平。
数字毫秒计的使用:使用U型挡光片,计时方式选择B档,记的是一个光电管被挡到
第二个光电管被挡的时间间隔或一个光电管两次被挡的时间间隔。即经过△s距离所用的时
间△t。复零方式有手动和自动两档可选。置于自动时,数码管里经过一段时间后,会自
动复零。延时时间从0.1~3秒连续可调。
2、通过物体在斜面上的匀加速测加速度a及g
(1)、测量两端支脚螺丝之间的距离L。
(2)、在单脚一端加一块d=15cm厚的垫块,使气轨成一斜面。
(3)、在滑块上装上U型挡光片并测量△s距离。
(4)、将光电门置距离最底端40cm处。
(5)、使滑块从距光电门S=20cm处(U型挡光片的△s的中线为其始点)自由下滑,
Δs
初速度为0,记下计时器指示的挡光时间△t,重复三次,此时vt=。
Δt
(6)、改变S
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