实验2气垫导轨上测滑块的速度和加速度（可编辑）.pdf

实验2气垫导轨上测滑块的速度和加速度（可编辑）--第1页

实验2气垫导轨上测滑块的速度和加速度

气垫导轨是一种摩擦阻力极小的力学实验装置。它是利用气源将压缩空气

注入导轨型空腔,再由导轨表面上的小孔喷出气流,在导轨与滑块之间形成很薄

的空气膜(或称气垫),将滑块浮起,使滑块能在导轨上作近似无阻力的直线运动,

极大地减少了以往在力学实验中由于摩擦而出现的较大误差,使实验现象更加真

实、直观,易为学生接受。

利用气垫导轨可以观察和研究在近似无阻力的情况下物体的各种直线运

动规律。它与各种型号的微电脑计时器及小型气源配套使用,可以测定滑行物体

的速度、加速度,验证牛顿第二定律,验证完全弹性碰撞、完全非碰撞条件下

动量守恒定律,还可以进行简谐振动的研究等。

【实验目的】

1.学会使用气垫导轨和计时计数测速仪;

2.观察匀速直线运动,测量滑块的运动速度;

3.通过测量滑块的加速度,验证牛顿第二定律。

【实验原理】

1.速度的测量

一个在水平气轨上自由飘浮的滑块,它所受的合外力为零,因此,滑块在气

轨上可以静止,或以一定速度作匀速直线运动。在滑块上装一窄的凹形挡光片,

当滑块经过设在某位置上的光电门时,则挡光片将遮住照在光电元件上的光。因

为挡光片的宽度是一定的,遮光时间的长短与物体通过光电门的速度成反比。测

出挡光片的有效宽度(如图Ⅱ-2-1所示)和遮光时间,根据平均速度的公式,就可

实验2气垫导轨上测滑块的速度和加速度（可编辑）--第1页

实验2气垫导轨上测滑块的速度和加速度（可编辑）--第2页

算出滑块通过光电门的平均速度,即(Ⅱ-2-1)

图Ⅱ-2-1挡光片示意图

式中-滑块通过光电门的平均速度;-挡光片的有效宽度;-遮光时间。

由于比较小,在范围内滑块的速度变化也较小,故可以把看成是滑块经过

光电门的瞬时速度。同样还可看出,如果愈小(相应的挡光片也愈窄),则平均速度

愈准确地反映在该位置上滑块运动的瞬时速度。

2.加速度的测量

图Ⅱ-2-2测气轨上滑块的加速度

若滑块在水平方向上受一恒力作用,则它将作匀加速运动。将系有重物(砝

码盘、砝码)的细线经气轨一端的滑轮,与装有凹形挡光片的滑块相连,如图Ⅱ

-2-2所示。在气轨中间选一段距离,并在两端设置两个光电门,测出滑块通过两

端的始末速度和,则滑块的加速度

(Ⅱ-2-2)

3.验证牛顿第二定律

气轨调平后,用一系有码盘的轻胶带跨过气垫轴承(或用细线跨过滑轮),

如图Ⅱ-2-3所示。若滑块的质量为,砝码盘与盘中砝码质量为,胶带张力为T,则

有Ⅱ-2-3Ⅱ-2-4

解得

令

则有Ⅱ-2-5

图Ⅱ-2-3验证牛顿第二定律装置图

加速度的数值由公式(Ⅱ-2-2)求得。当作用力加大时,滑块的加速度也增

实验2气垫导轨上测滑块的速度和加速度（可编辑）--第2页

实验2气垫导轨上测滑块的速度和加速度（可编辑）--第3页

大,且有

常量

反之亦然。这表明,当物体质量一定时,物体运动的加速度与其所受的合外力

成正比。如果物体所受合外力不变,则物体运动的加速度与其质量成反比。

【实验仪器】

L-QG-T-1500/5.8型气垫导轨、小型气源、MUJ-5C/5B计时计数测速仪、

游标