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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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