浅析气垫导轨测量重力加速度实验
东莞理工学院城市学院李泽轩
【摘要l气垫导轨是一种近似无阻力的力学实验装置,使用它做力学实验,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;
对各种力学物理量进行定量测量;对力学规律进行验证。本文从实验装置及原理、实验步骤、结论等几个方面来介绍气垫导轨测量重
力加速度实验,实验效果很好。
l关键词】气垫导轨重力加速度实验1.实验装置及原理
本实验器材选用THQQD.I气垫导轨、滑行器、光电门、THQQD.1气垫导轨测试仪、气泵。
(1)瞬时速度的测量
实验时,在滑块上装上一个u形挡光片(如图l所示)。当滑块经过光电门时,挡光片第一次挡光(AA7或CC7),数字计时器开始计时,紧接着挡光片第二次挡光(BB’或DD’),计时立即停止,计数器上显示
旷盟荣地
(7)
这里利用了滑块下滑与上行时空气阻力对滑块运动加速度的“正”影响与“负”影响,而最终在实验结果中消除了空气阻力的影响。这种利用某个无法知道的实验因素对实验结果的“正”效应与“负”效应,通过二次实验最终消除该未定因素对实验结果的影响的方法,我们可称为“正负补偿”法,它是在试验中经常用的方法。使用这种方法的条件是:未定因素必须是稳定的,而且由它造成的对实验结果的“正”“负”效应大小必须相等,只是符号相反。
2.实验步骤
(1)气垫导轨的水平调节
对气垫导轨的水平调节是进行气垫导轨实验必须掌握的一项基本技能。调节水平的方法有静态和动态两种。实验时应先静态调平,再动态调平。
静态调节法:接通气源,用手测试导轨,若感到导轨两侧气孔明显有气流喷出,则通气状态良好。把装有挡光片的滑块轻置于导轨上,若滑块总向导轨一头定向滑动,则表明导轨该头的位置相对较低,可调节导轨一端的单脚螺钉,使滑块在导轨上保持不动或稍微左右摆动而无定向移动,那么导轨已调水平”l。
动态调节法:调节两光电门的间距,使之约50cm(以指针为准)。打开数字计时器开关,导轨通气良好后,放上滑块,使之以某一初速度在导轨上来回滑行。设滑块经过两光电门的时间分别为出.和△£,,观察△f,和出,的数据,若考虑空气阻力的影响,滑块经过第一个光电门的时间&.总是略小于经过第二个光电门的时间At,(两者相差2%以内),就可认为导轨已调水平。否则根据实际情况调节导轨下面的单脚螺钉,反复观察,直到计算左右来回运动对应的时间差(At,一At,)大体相同为止。
(2)重力加速度的测量
出两次挡光的时间间隔△f。由于缸=膪=西,约lcm,相应的垃也
很小,因此,可将譬之值当作滑块经过光电门所在点(以指针为准)的
瞬时速度,即:”=ii骧玺
(2)重力加速度测定
如图1所示,在没有摩擦力和空气阻力的情况下,物体(滑块)在斜面(气垫导轨)上由上端向下端滑行时的加速度n。是重力加速度g沿斜面的一个分量,即:
L
nz
29sinOt一--g了ft(2)
其中,d是斜面的倾角,现在考虑斜面上两个点Pl和P2,在这两点上放置两个光电门,用于测量滑块经过这两点时的速度”.和”,。
幽1
如果P1和P2之间距离为s,则滑块加速度。(在无阻力与摩擦时即为吼)为:
.,2—.。.2
口=%=与≠
(3)
将测试仪工作方式选择至碰撞模式,设置S1的值为lcm(选择lcm的挡光片),手动记录两个光电门之间的距离S(假设为50cm,可设Pl为50cm处,P2为100cm处),根据标尺估读支撑螺栓和水平调节螺栓之间的距离L,垫块均为lcm(首先使用一个垫块进行测量之后,增加垫块反复测量)将滑块中心置于支撑螺栓的位置,松手将滑块下滑,滑块经过两个光电门,撞到弹射架并迅速反弹重新经过两个光电门,测试仪记录4个时间值。可按查询键,查询其时间值和相应的速度,并把相应的时间值和速度值记录在表中。
在实验中利用气垫导轨【lI,由于滑块与导轨表面之间存在很薄的空气层(气垫)而使滑块在导轨上移动时的摩擦力减到可以忽略的程
度,从而可以不考虑摩擦力的影响。为了消除空气阻力的影响,用“正
负补偿”法来解决。利用导轨下端的弹簧片,使滑块下滑后经由弹簧片弹射上行。由于空气阻力,的存在,滑块下滑加速度。,是g的分量q与空气阻力/产生的加速度n,的合加速度。
n
F=吼一as=二譬
…2。,2
(4)
3.实验结论
实验表明,根据上述的实验步骤测量重力加速度,不仅测量结果较准确,还具有无需测粘性阻尼常量和滑块质量的特点,且操作简单易行,因此该方法值得推广。
参考文献
现在设想滑块沿斜面向上滑行通过P1和P2两点,于是滑块上行时在Pl和P2处的速度为“.和。’,,滑块上行的加速度吼也是g的分量咚与空气阻力f产生的加速度n‘,的合加速度,但现在n。和n,方向一致,即有
%=一(咿。j)=蛩
(4)式与(5)式相减,得
(5)
[1]许定生.气垫导轨测定重力加速度的研究[J]实验室研究与探索.1993,2.
[2]曾安平.用气垫导轨测“重力加速度”的新方法[J]物理教学探讨,2008,13.
2ag+a^=盟案盟
(6)
此处q和oj都是与速度有关的量。滑块与弹簧片的碰撞是完全
弹性的,那么根据机械能守恒,滑块下滑和上行时通过斜面上同一点的速度”和”’相等,那么滑块在下滑与上行经过该点时受到的空气阻力大小也相等(空气阻力是速度的函数),所以,,flf=n,,于是,由(6)式可
得:
一82一
万方数据
浅析气垫导轨测量重力加速度实验
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作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):
李泽轩
东莞理工学院城市学院
科技信息
Science & Technology Information2014(6)
参考文献(2条)
1.许定生 气垫导轨测定重力加速度的研究 1993(02)2.曾安平 用气垫导轨测"重力加速度”的新方法 2008
引用本文格式:李泽轩 浅析气垫导轨测量重力加速度实验[期刊论文]-科技信息 2014(6)