文档介绍：实验二牛顿第二定律
实验目的:本实验通过测量滑块在气垫导轨上运动的速度和加速度,熟悉气垫导轨和毫秒计的调节使用方法并验证牛顿第二定律。
实验仪器:
气垫导轨、数字毫秒计、物理天平等。
【仪器装置介绍】
气垫导轨是一种接近于无摩擦的力学实验装置,由导轨、滑块和光电计时系统组成。其外形构造如图1—1所示。
导轨是由一根长15m、平直、光滑、截面为三角形的空心铝合金型材制成。导轨的底面固定在一个工字钢梁上,两个上表面钻有很多小孔。当压缩空气进入空心铝型材腔体后,就从小孔高速喷出。。调节螺钉可以调节导轨水平,还可以在调节螺钉下用垫块把导轨置成斜面。
滑块由铝材制成,其内表面与导轨表面精密吻合。当导轨上的小孔喷出气流时,滑块被托起,漂浮在导轨上,并可以在导轨上接近无摩擦地运动。滑块上装有遮光板和缓冲弹簧。根据实验需要,配有不同质量的两种滑块。
光电计时系统由光电门和数字毫秒计组成。导轨上装有两个光电门支架,其位置可由导轨侧面的标尺读出。光电门上的聚光灯泡发出的光,射向对面的光电二极管,当光被滑块上的遮光板遮挡时,毫秒计开始计时,反之就停止计时。这样在气轨上运动的滑块经过光电门时,毫秒计就会显示出滑块上遮光板挡住光线的时间。若遮光板宽度为δl,毫秒计显示的时间为δt,则滑块经过光电门时的平均速度v=
δl/δt。适当减小遮光板的宽度δl,遮光板通过光电门的时间δt就很小,这时平均速度就近似为瞬时速度。
如果滑块作匀加速运动,在气轨上选一段距离s,并在其两端各放置一个光电门,测出滑块通过两光电门的速度v1和v2,就可以算出滑块的加速度。
气垫导轨使用注意事项如下。
(1)气垫导轨采用微音气泵供气。气泵电机所发热量全靠气流带走。开泵后要先检查导轨上小孔的出气量,若无气流或气流过小,应立即关闭气泵电源,查出原因,否则电机会因冷却不良而烧毁。
各台实验装置的DC—Ⅱ型气泵的输出气流压力,已按气垫导轨所要求的进气端与尾端压力差1500Pa~2500Pa调好了,学生不要自行调节。
(2)为保证导轨表面光滑清洁,通气孔畅通无阻,每次实验前必须用酒精棉将导轨表面和滑块内表面擦拭干净。
(3)导轨表面和滑块内表面光洁度较高,使用时要十分小心,禁止用其他东西磕碰和摩擦。导轨通气前滑块不要在导轨上滑动,否则会降低仪器精密程度,甚至会使轨面和滑块遭到破坏,影响实验。实验后必须将滑块从导轨上取下来,以免导轨变形。
【原理】
1)研究物体在斜面上的运动规律
如果一物体沿平直而光滑的斜面下滑时,则该物体在一恒力(物体所受重力沿斜面的分量)作用下作匀加速直线运动。下滑时其初速度v0、速度vt,在时间间隔t中下滑距离s和加速度a应有如下规律:
(1—1)
把已经调成水平的气垫导轨的一端用高h的垫块垫起,让滑块从气垫导轨高端静止滑下,分别测出滑块在导轨上不同位置A1,A2,A3,…,Ai…的速度v1,v2,v3,…,vi…并记下相应的下滑距离S1,S2,S3,…,Si…在毫米方格纸上作出v2~s关系图,如果得出一条直线,说明滑块的运动为匀加速直线运动。直线的斜率为2a,a即是匀加速直线运动的加速度。它应该等于重力加速度g沿斜面方向的分量,即
(1—2)
式中:θ为导轨与水平面的倾角;