(儀器說明見附錄) 速度和加速度測量

1、實(shí)驗(yàn)3速度和加速度的測量速度和加速度是描述物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的基本參量，實(shí)驗(yàn)中通常需要對它們進(jìn)行測定，從而去研究物體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。本實(shí)驗(yàn)采用光電門采集數(shù)據(jù)來測量氣墊導(dǎo)軌上滑塊運(yùn)動(dòng)的速度和加速度。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、學(xué)習(xí)氣墊導(dǎo)軌和存儲(chǔ)式計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)測速儀的使用。2、掌握在氣墊導(dǎo)軌上測量平均速度、瞬時(shí)速度和加速度的方法。二、實(shí)驗(yàn)原理1、測量滑塊運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度v當(dāng)物體做直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，其瞬時(shí)速度定義為(31)0limtSdSvtdt??????按照這個(gè)定義，瞬時(shí)

2、速度實(shí)際上是不可能測量的。因?yàn)楫?dāng)時(shí)，同時(shí)有0??t，測量上有困難。因此，我們只能取很小的，以及相應(yīng)的，用其0??St?S?平均速度來代替瞬時(shí)速度，即v(32)Svt???盡管用平均速度代替瞬時(shí)速度會(huì)產(chǎn)生一定誤差，但如果物體運(yùn)動(dòng)速度較大而加速度又不太大時(shí)，這種誤差也不會(huì)太大。本實(shí)驗(yàn)運(yùn)用氣墊導(dǎo)軌對做勻速直線運(yùn)動(dòng)物體的速度進(jìn)行測量。氣墊導(dǎo)軌表面上的小孔噴出的壓縮空氣，使導(dǎo)軌表面與滑塊之間的摩擦力大大減小，氣軌上的滑塊運(yùn)動(dòng)幾乎可以看作無摩擦的運(yùn)

3、動(dòng)。當(dāng)氣軌水平放置時(shí)，自由漂浮的滑塊所受的合外力為零，因此，滑塊在氣軌上可以靜止，或以一定的速度作勻速直線運(yùn)動(dòng)。在滑塊上裝一與滑塊運(yùn)動(dòng)方向嚴(yán)格平行、寬度為的擋光板。當(dāng)滑塊經(jīng)過L?設(shè)在某位置上的光電門時(shí)，擋光板將遮住照在光敏管上的光束，因?yàn)閾豕獍鍖挾纫欢?，遮光時(shí)間的長短與滑塊通過光電門的速度成反比，測出擋光板的寬度和遮光時(shí)間，則滑塊通過光電門的平均速度為L?t?(33)tLv???2、導(dǎo)軌水平調(diào)整。由于斜面高度是相對于水平面而言，因此測量

4、前首先應(yīng)把h導(dǎo)軌調(diào)整水平。水平調(diào)整分二步完成（1）粗調(diào)。在導(dǎo)軌中注入壓縮空氣，在形成氣墊后，將滑塊放在導(dǎo)軌中部，利用觀察滑塊的運(yùn)動(dòng)方向來判斷導(dǎo)軌的傾斜方向。調(diào)整導(dǎo)軌支座獨(dú)腳螺絲，使滑塊在導(dǎo)軌上基本穩(wěn)定。（2）利用計(jì)時(shí)器進(jìn)行細(xì)調(diào)。如果導(dǎo)軌水平，那么滑塊經(jīng)推動(dòng)后滑過P1和P2兩點(diǎn)的速度應(yīng)相同，也就要求與相等。但考慮到空氣阻力的影響，即1t?2t?使導(dǎo)軌真是水平了，那么在滑塊從P1向P2運(yùn)動(dòng)時(shí)，應(yīng)使P2處的速度略小于2VP1處的速度（或者講略

5、大于），且滿足。同理，也1V2t?1t?%20112??????ttt要求滑塊經(jīng)碰撞后彈回來經(jīng)過P1、P2時(shí)，略小于，即略大于，且1V?2V?1t?2t?滿足。達(dá)到上述水平調(diào)整要求后，再重復(fù)做5次，記錄5%20121??????ttt組數(shù)據(jù)（每組包括、、和），以此來證實(shí)導(dǎo)軌已處于水平狀態(tài)。1t?2t?2t??1t??3、觀察滑塊的勻速直線運(yùn)動(dòng)輕輕推動(dòng)滑塊，觀察滑塊在氣軌上的運(yùn)動(dòng)，滑塊和氣軌兩端的緩沖彈簧的碰撞情況。分別記下滑塊經(jīng)過兩個(gè)光

6、電門時(shí)的速度和，試比較和的數(shù)1V2V1V2V值，若和之間的差別小于（或）的時(shí)，則導(dǎo)軌接近水平，此時(shí)可1V2V1V2V%1近似認(rèn)為滑塊作勻速直線運(yùn)動(dòng)；若和相差較大，可通過調(diào)節(jié)導(dǎo)軌底座螺釘1V2V使導(dǎo)軌水平。4、測量滑塊的瞬時(shí)速度V（1）在傾斜導(dǎo)軌上任一位置處放置一光電門；（2）使滑塊從導(dǎo)軌最高處（或某一固定位置）自由下滑，由測速儀測出滑塊經(jīng)過光電門的速度，至少反復(fù)五次，取平均值，將數(shù)據(jù)填入表31；（3）改變滑塊的初始位置，再自由釋放，然后