气垫导轨实验数据处理及误差分析

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

多普勒效应综合实验

一、选择题：

1、一架低空飞行的飞机，从远处水平匀速地飞至某同学头顶上空，若飞机振动的频率始终不变，从听到声音至飞机飞到该同学头顶上空时刻前，他听到的飞机声音的音调（ ） A.不变，且一直与飞机实际发出的声音音调相同； B.不变，且一直比飞机实际发出的声音音调低； C.不变，且一直比飞机实际发出的声音音调高；

D.一直比飞机实际发出的声音音调高，但音调逐渐变低，越来越接近实际发出的。

2、多普勒效应综合实验中，验证多普勒效应时，接收器接收到的频率

f与运动速度V的关

系曲线为（ ）

A 不过原点的直线 B 双曲线 C 椭圆 D 过原点的直线 3、多普勒效应综合实验中，验证多普勒效应时,运动的接收器为（ ） A超声发射器 B小车 C 砝码 D滑轮 4．智能测速仪测量的速度是（ ）

A、滑块经过光电门时的瞬时速度。 B、滑块经过光电门时的平均速度。

C、滑块在气垫导轨上运动的整个过程中的平均速度。 D 滑块在气垫导轨上运动的任意过程中的平均速度。

5、在多普勒效应实验装置中，光电门的作用是测量小车通过

西华大学《大学物理实验》习题

误差理论与数据处理

学号: ____________ 姓名: __________ 专业: _____________ 评分: _______

上课时间: 第____周星期____上午[ ]下午[ ]晚上[ ]

请将1-24小题的答案对应地填在下表中

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

一、 单选题（每小题3分，共36分）。

1. 采用“四舍六入五单双”法，将下列各数据取为2位有效数字（修约间隔为0.1），其

结果正确的是：

A. 2.750→2.7 B. 2.650→2.6 C. 2.65001→2.6 D. 2.6499→2.7

2. 自然数6的有效数字位数为：

A. 1位 B. 2位 C. 3位 D. 无穷位

3. L=0.1010m的有效数字位数为：

A. 2位 B. 3位 C. 4位 D. 5位

4. V=2.90×103m/s的有效数字位数为

目 录

实验误差分析与数据处理 ........................................................................ 2

1 测量与误差 ........................................................................................................................... 2

2 误差的处理 ........................................................................................................................... 6 3 不确定度与测量结果的表示 ............................................................................................. 10 4 实验中的错误与错误数据的剔除 ........................................

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

实验题

实验数据处理或者误差分析的探究

1、某校科学兴趣小组在研究“带火星木条复燃与氧气体积分数的关系”的课题中，采取了以下实验步骤：

①取5只250mL集气瓶，向5只集气瓶中分别装入25mL、50mL、75mL、100mL、125mL 的水，并用毛玻璃片盖住，依次编号为1、2、3、4、5；

②用分解过氧化氢（H2O2）的方法制取氧气，用制取的氧气通过排水法将上述1～5号瓶中

（1）集气瓶2中氧气的体积分数为______．（空气中氧气的体积分数以21%计）

（2）根据以上实验事实，下列说法中正确的是______（填写相应的字母）．

A．只有在纯氧中才能使带火星的木条复燃

B．集气瓶中氧气的体积分数≥52.6%时，带火星的木条就能复燃

C．只要有氧气存在就可使带火星的木条复燃．

（3）上述实验表明：物质燃烧的程度与氧气的浓度有关，氧气浓度越大，燃烧越剧烈．请

【解析】

（1）集气瓶2中氧气的体积分数为×100%=36.8% 故答案为：36.8% （2）根据以上实验事实，可以看出集气瓶中氧气的体积分数≥52.6%时，带火星的木条就能复燃，故答案为：B

2、为了测定某石灰石矿样的纯度（其中所含杂质不与酸反应），某同学按如下流程进行实验：用盐酸溶解矿样→干燥所得气

实验题

实验数据处理或者误差分析的探究

1、某校科学兴趣小组在研究“带火星木条复燃与氧气体积分数的关系”的课题中，采取了以下实验步骤：

①取5只250mL集气瓶，向5只集气瓶中分别装入25mL、50mL、75mL、100mL、125mL 的水，并用毛玻璃片盖住，依次编号为1、2、3、4、5；

②用分解过氧化氢（H2O2）的方法制取氧气，用制取的氧气通过排水法将上述1～5号瓶中

（1）集气瓶2中氧气的体积分数为______．（空气中氧气的体积分数以21%计）

（2）根据以上实验事实，下列说法中正确的是______（填写相应的字母）．

A．只有在纯氧中才能使带火星的木条复燃

B．集气瓶中氧气的体积分数≥52.6%时，带火星的木条就能复燃

C．只要有氧气存在就可使带火星的木条复燃．

（3）上述实验表明：物质燃烧的程度与氧气的浓度有关，氧气浓度越大，燃烧越剧烈．请

【解析】

（1）集气瓶2中氧气的体积分数为×100%=36.8% 故答案为：36.8% （2）根据以上实验事实，可以看出集气瓶中氧气的体积分数≥52.6%时，带火星的木条就能复燃，故答案为：B

2、为了测定某石灰石矿样的纯度（其中所含杂质不与酸反应），某同学按如下流程进行实验：用盐酸溶解矿样→干燥所得气

第一章 实验误差评定和数据处理 （课后参考答案）

制作：李加定 校对：陈明光

3.改正下列测量结果表达式的错误：

（1）12.001?0.000 625 （cm） 改:12.0010?0.0007（cm） （2）0.576 361?0.000 5（mm） 改: 0.576 4?0.000 5（mm） （3）9.75?0.062 6 （mA） 改: 9.75?0.07 （mA） （4）96 500?500 （g） 改: 96.5?0.5 （kg） （5）22?0.5（℃） 改: 22.0?0.5（℃） 4.用级别为0.5，量程为10 mA的电流表对某电路的电流作10次等精度测量，测量数据如下表所示。试计算测量结果及标准差，并以测量结果形式表示之。 n I/mA 1 9.55 2 3 4 9.53 5 9.60 6 9.40 7 9.57 8 9.62 9 9.59 10 9.56 9.56 9.50 解：①计算测量列算术平均值I：

110I??Ii?9.548 (mA)

10i?1②计算测