利用气垫导轨验证牛顿第二定律实验报告思考题

利用气垫导轨验证牛顿第二定律

【摘要】：气垫导轨是为研究无摩擦现象而设计的力学实验设备，在导轨表面分布着许多小孔，压缩空气从这些小孔中喷出，在导轨和滑块之间形成了月0.1mm厚的空气层，即气垫，由于气垫的形成，滑块被托起，使滑块在气垫上作近似无摩擦的运动。利用气垫导轨，再配以光电计时系统和其他辅助部件，可以对做直线运动的物体（即滑块）进行许多研究，如测定速度、加速度、验证牛顿第二定律，研究物体间的碰撞，研究简谐运动的规律等。

【关键词】 气垫导轨、通用计数器、测速的试验方法、牛顿第二定律、控制变量法、导轨调平

实验回顾 【实验目的】

1．熟悉气垫导轨和MUJ-613电脑式数字毫秒计的使用方法。 2．学会测量滑块速度和加速度的方法。

3．研究力、质量和加速度之间的关系，通过测滑块加速度验证牛顿第二定律。

【实验原理】

（一） 仪器使用原理 1．气垫导轨 如图4-1所示，气垫导轨是一种摩擦力很小的实验装置，它利用从导轨表面小孔喷出的压缩空气，在滑块与导轨之间形成很薄的空气膜，将滑块从导轨面上托起，使滑块与导轨不直接接触，滑块在滑动时只受空气层间的内摩擦力和周围空气的微弱影响，这样就极大地减少了力学实验中难于克服的摩擦力的影响，滑块的运动可以近

气轨导轨上的实验

——测量速度、加速度及验证牛顿第二运动定律

一、实验目的

1、学习气垫导轨和电脑计数器的使用方法。

2、在气垫导轨上测量物体的速度和加速度，并验证牛顿第二定律。 3、定性研究滑块在气轨上受到的粘滞阻力与滑块运动速度的关系。

二、实验仪器

气垫导轨(QG-5-1.5m)、气源（DC-2B型）、滑块、垫片、电脑计数器(MUJ-6B

型)、电子天平（YP1201型）

三、实验原理

1、采用气垫技术，使被测物体“漂浮”在气垫导轨上，没有接触摩擦，只用气垫的粘滞阻力，从而使阻力大大减小，实验测量值接近于理论值，可以验证力学定律。

2、电脑计数器（数字毫秒计）与气垫导轨配合使用，使时间的测量精度大3v

x

t

x t4过s1、s离 sa

速度和加速度的计算程序已编入到电脑计数器中，实验时也可通过按相应的功能和转换按钮，从电脑计数器上直接读出速度和加速度的大小。

5、牛顿第二定律得研究

若不计阻力，则滑块所受的合外力就是下滑分力，F mgsin mg定牛顿第二定律成立，有mg

h

。假L

hh

ma理论，a理论 g，将实验测得的a和a理论进LL

行比较，计算相对误差。如果误差实在可允许的范围内（＜5％），即可认为（本地g取979.5cm/s2） a a理论，则验证了

.

验证牛顿第二定律实验

1、为了更直观地反映物体的加速度a与物体质量m的关系，往往用二者的关系图象表示出来，该关系图象应选用（ ） A．a-m图象 B．m-a图象 C．a-1/m 图象 D．1/m-a 图象 2、在本实验中，下列说法正确的是（ ）

A、平衡摩擦力时，小桶应用细线通过定滑轮系在小车上，但小桶内不能装沙 B、实验中无需始终保持小车和砝码的质量远远大于沙和小桶的质量

C、实验中如用纵坐标表示加速度，用横坐标表示小车和车内砝码的总质量，描出相应的点在一条直线上时，即可证明加速度与质量成反比

D、平衡摩擦力时，小车后面的纸带必须连好，因为运动过程中纸带也要受到阻力

3、在“探究加速度与作用力的关系”的实验中，有位同学按照图3-3-6的装置（将长木板平放在水平桌面上）做五次实验.他在做第一次实验时，钩码总质量为m，小车质量M=30m，

以后每次增加一个钩码，这五次实验中，若用钩码的总重力表示绳子的拉力F，则第_____ 次实验的误差较大；按这五组数据画出的a-F图像是图3-3-7中的______图；该图象存在截距的原因是______；图线斜率的物理含义是______。

用气垫导轨验证动量守恒定律

[实验目的]

1、观察弹性碰撞和完全非弹性碰撞现象。 2、验证碰撞过程中的动量守恒定律。

[实验仪器]

气垫导轨全套、MUJ-5C/5B电脑通用计数器、物理天平、砝码。

[实验原理]

在水平气垫导轨上放两个滑块，以两个滑块作为系统，在水平方向不受外力，两个滑块碰撞前后的总动量应保持不变。设两滑块的质量分别为m1和m2，碰撞前的速度为v10和v20，相碰后的速度为v1和v2。根据动量守恒定律，应该有

m1v10?m2v20?m1v1?m2v2 （1）

测出两滑块的质量和碰撞前后的速度，就可验证碰撞过程中动量是否守恒。其中

v10和v20是在两个光电门处的瞬时速度，即?x/?t，?t越小此瞬时速度越准确。

在实验里我们以挡光片的宽度为?x，挡光片通过光电门的时间为?t，即有

v10??x/?t1,v20??x/?t2。

本实验分下述两种情况进行验证：

1、弹性碰撞：

两滑块的相碰端装有缓冲弹簧，它们的碰撞可以看成是弹性碰撞。在碰撞过程中除了动量守恒外，它们的动能完全没有损失，也遵守机械能守恒定律，有

2222

用气垫导轨验证动量守恒定律

[实验目的]

1、观察弹性碰撞和完全非弹性碰撞现象。 2、验证碰撞过程中的动量守恒定律。

[实验仪器]

气垫导轨全套、MUJ-5C/5B电脑通用计数器、物理天平、砝码。

[实验原理]

在水平气垫导轨上放两个滑块，以两个滑块作为系统，在水平方向不受外力，两个滑块碰撞前后的总动量应保持不变。设两滑块的质量分别为m1和m2，碰撞前的速度为v10和v20，相碰后的速度为v1和v2。根据动量守恒定律，应该有

m1v10?m2v20?m1v1?m2v2 （1）

测出两滑块的质量和碰撞前后的速度，就可验证碰撞过程中动量是否守恒。其中

v10和v20是在两个光电门处的瞬时速度，即?x/?t，?t越小此瞬时速度越准确。

在实验里我们以挡光片的宽度为?x，挡光片通过光电门的时间为?t，即有

v10??x/?t1,v20??x/?t2。

本实验分下述两种情况进行验证：

1、弹性碰撞：

两滑块的相碰端装有缓冲弹簧，它们的碰撞可以看成是弹性碰撞。在碰撞过程中除了动量守恒外，它们的动能完全没有损失，也遵守机械能守恒定律，有

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验证牛顿第二定律实验

1、为了更直观地反映物体的加速度a与物体质量m的关系，往往用二者的关系图象表示出来，该关系图象应选用（ ） A．a-m图象 B．m-a图象 C．a-1/m 图象 D．1/m-a 图象 2、在本实验中，下列说法正确的是（ ）

A、平衡摩擦力时，小桶应用细线通过定滑轮系在小车上，但小桶内不能装沙 B、实验中无需始终保持小车和砝码的质量远远大于沙和小桶的质量

C、实验中如用纵坐标表示加速度，用横坐标表示小车和车内砝码的总质量，描出相应的点在一条直线上时，即可证明加速度与质量成反比

D、平衡摩擦力时，小车后面的纸带必须连好，因为运动过程中纸带也要受到阻力

3、在“探究加速度与作用力的关系”的实验中，有位同学按照图3-3-6的装置（将长木板平放在水平桌面上）做五次实验.他在做第一次实验时，钩码总质量为m，小车质量M=30m，

以后每次增加一个钩码，这五次实验中，若用钩码的总重力表示绳子的拉力F，则第_____ 次实验的误差较大；按这五组数据画出的a-F图像是图3-3-7中的______图；该图象存在截距的原因是______；图线斜率的物理含义是______。

用气垫导轨验证动量守恒定律

[实验目的]

1、观察弹性碰撞和完全非弹性碰撞现象。 2、验证碰撞过程中的动量守恒定律。

[实验仪器]

气垫导轨全套、MUJ-5C/5B电脑通用计数器、物理天平、砝码。

[实验原理]

在水平气垫导轨上放两个滑块，以两个滑块作为系统，在水平方向不受外力，两个滑块碰撞前后的总动量应保持不变。设两滑块的质量分别为m1和m2，碰撞前的速度为v10和v20，相碰后的速度为v1和v2。根据动量守恒定律，应该有

m1v10?m2v20?m1v1?m2v2 （1）

测出两滑块的质量和碰撞前后的速度，就可验证碰撞过程中动量是否守恒。其中

v10和v20是在两个光电门处的瞬时速度，即?x/?t，?t越小此瞬时速度越准确。

在实验里我们以挡光片的宽度为?x，挡光片通过光电门的时间为?t，即有

v10??x/?t1,v20??x/?t2。

本实验分下述两种情况进行验证：

1、弹性碰撞：

两滑块的相碰端装有缓冲弹簧，它们的碰撞可以看成是弹性碰撞。在碰撞过程中除了动量守恒外，它们的动能完全没有损失，也遵守机械能守恒定律，有

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实验三 气垫导轨上的实验

在物理实验中，由于摩擦的存在，导致误差往往很大，甚至使某些实验无法进行。若采用气垫导轨等装置，可使这一问题得以较好的解决，气垫技术还可以减少磨损、延长仪器寿命提高机械效率。在机械、电子、运输等领域已被广泛应用，如气垫船、空气轴承，气垫输送线等。使用气垫导轨做力学实验可以观察和研究在近似无阻力情况下物体的各种运动规律。

一、实验目的

1．熟悉气垫导轨的构造和调整使用方法；

2．掌握用光电计时装置测量速度、加速度； 3．验证动量守恒定律；

4．深入了解完全弹性碰撞与完全非弹性碰撞的特点。 二、仪器与用具

气垫导轨装置、数字毫秒计、砝码等 三、实验原理

如图3-1所示，气垫导轨处于水平，在滑块的一端系一条细线，绕过气轨一端的滑轮后系一重物，由滑块、托盘和砝码构成的运动系统在重力作用下作直线加速运动。

图3-1 气垫导轨示意图

1、速度、加速度的测量：在导轨上相距s的两处放置二光电门，若测得此系统在重力mg作用下，滑块通光电门时的速度分别为va?v2?v12s22、v2则系统的加速度为

（3.1）

在滑块上放置一中间有方孔(或缺口)的挡光片

二、探究牛顿第二定律

【实验目的】

1．利用气垫导轨测定速度和加速度。 2．验证牛顿第二定律。

3．了解气垫导轨的构造，掌握它的调平方法。 【仪器简介】

气垫导轨导轨表面小孔喷出的压缩空气，使导轨表面与滑行器之间形成一层很薄的“气垫”将滑行器浮起，使运动时的接触摩擦阻力大为减小，从而可以进行一些较为精确的定量研究。工业上利用气垫技术，还可以减少机械或器件的磨损，延长使用寿命，提高速度和机械效率，所以，气垫技术在机械、纺织、运输等工业生产中得到广泛应用，如气垫船、空气轴承、气垫输送线等。 1．

气垫导轨是一种力学实验装置，它主要由空腔导轨、滑行器、气源和光电门装置组成，如图1所示。

滑行器 滑块 导轨是用一根平直、光滑的三角形铝合 金制成，固定在一根刚性较强的钢梁上。导轨长为1.5m，轨面上均匀分布着孔径为

0.6mm的两排喷气小孔，导轨一端封死，另 一端装有进气嘴。当压缩空气经管道从进气

嘴进入腔体后，就从小气孔喷出，托起滑行器，滑行器漂浮的高度，视气流大小及滑行图1 气垫导轨 器重量而定。为了避免碰伤，导轨两端及滑

轨上都装有弹射器。在导轨上装有调节水平用的地脚螺钉。双脚端的螺钉用来调节轨面两侧线高度，单脚端螺钉用来调节导轨水平

二、探究牛顿第二定律

【实验目的】

1．利用气垫导轨测定速度和加速度。 2．验证牛顿第二定律。

3．了解气垫导轨的构造，掌握它的调平方法。 【仪器简介】

气垫导轨导轨表面小孔喷出的压缩空气，使导轨表面与滑行器之间形成一层很薄的“气垫”将滑行器浮起，使运动时的接触摩擦阻力大为减小，从而可以进行一些较为精确的定量研究。工业上利用气垫技术，还可以减少机械或器件的磨损，延长使用寿命，提高速度和机械效率，所以，气垫技术在机械、纺织、运输等工业生产中得到广泛应用，如气垫船、空气轴承、气垫输送线等。 1．

气垫导轨是一种力学实验装置，它主要由空腔导轨、滑行器、气源和光电门装置组成，如图1所示。

滑行器 滑块 导轨是用一根平直、光滑的三角形铝合 金制成，固定在一根刚性较强的钢梁上。导轨长为1.5m，轨面上均匀分布着孔径为

0.6mm的两排喷气小孔，导轨一端封死，另 一端装有进气嘴。当压缩空气经管道从进气

嘴进入腔体后，就从小气孔喷出，托起滑行器，滑行器漂浮的高度，视气流大小及滑行图1 气垫导轨 器重量而定。为了避免碰伤，导轨两端及滑

轨上都装有弹射器。在导轨上装有调节水平用的地脚螺钉。双脚端的螺钉用来调节轨面两侧线高度，单脚端螺钉用来调节导轨水平