用气垫导轨测量速度和加速度

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实验4 用气垫导轨测量速度和加速度

用气垫导轨测量速度和加速度

【实验目的】 熟悉气垫导轨的构造，掌握通用电脑计时器 的使用方法。 学习在气垫导轨上测量速度和加速度的方法。 【实验仪器】 气垫导轨及附件 通用电脑计时器 气源 垫块

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【实验原理】 将已经调平的气垫导轨的一端垫上一个厚度为h的垫块，就得到了 一个比较理想的光滑斜面。滑块在倾斜导轨上的运动可视为匀 变速直线运动(忽略了摩擦力和空气阻力)。 1.速度的测量 物体作直线运动时，其瞬时速度的定义为：

v

x dx lim = (4—1) =t →0 t dt

由于滑块上用来测量速度的挡光片总有一定宽度，所以当滑块不 是作匀速运动时，我们不能按(4—1)式来测量出滑块的瞬时 速度，只能得到滑块在一段时间内的平均速度：

δx v= δt

(4—2)

并以平均速度来代替瞬时速度。式中是滑块上挡光片的挡光距离。

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加速度的测量 在气垫导轨上测量加速度依据的是匀变速直线运动的基本 公式： v=v0 +at (4—3) (4—4) (4—5) 2 v 2 v0 a= 2as (4—6) 其中v 和v分别为t=0 和 t=t时刻滑块的瞬时速度，s为滑块 在t时间内的运动距离，即两个光电门之间的距离，a 为滑块的加速度： h a=g.sinθ=g. (4—7) L 式中g时重力加速度，L是导轨下端单支脚到双支脚连线的 垂直距离。v v0 a= 2 t 2 v =v0 +2as

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[实验内容] 1. 接通光电计时系统，计时器功能选择在位 置。 2.接通气源，调节导轨呈水平状态。 先用静态调节法使导轨基本水平，然后从导 轨一端给滑块一定的初速度(推一下滑 块),用动态调节法使导轨处于水平状态。 3.测量速度和加速度。

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[仪器简介] 图4-1为双排可调整式气垫导轨，其最大优点没 变形后可重新调整。

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它是利用气源将压缩空气吹入导轨管腔，再由导轨 表面上的小孔喷出气流，在导轨与滑块之间形成很 薄的气膜将滑块浮起，使滑块能在导轨上作近似无 阻力的直线运动，使实验结果更接近理论值。 导轨工作面和滑行器内表面有较好的光洁度，且二 者精密吻合。使用前要用酒精擦拭干净。使用时要 先通气，再把滑块放人气垫导轨上。严禁在未通气 前就将滑块放在导轨工作面上滑动，以免擦伤导轨 表面。使用完毕后，应先取下滑块，然后再关闭气 源，注意不要用硬物碰伤导轨和滑块的工作面。

图2-5-2为MUJ-4电脑通用数器前后面板示意 图。

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功能转换键：用于七种功能的选择及对显示数据 的取消或复位。先清零复位，后转换功能。 数值转换键：用于挡光片宽度设定及测量单位 的转换。每次开机时，挡光片宽度自动设定为 l.0cm 时间自动设定为10个周期。当所用挡光 片宽度与设定的挡光片

宽度数值不相符时，可重 新设定。在已存入实验数据的情况下，按住数值 转换键不放，就可重新选择所需要的挡光片宽度， 否则速度和加速度的数值将是错误的。新设定的 数值将保留到关闭电源为止。 数值提取键：做完实验后，数据自动存入该键。 当存储满后，实验数据不再存入，可用此键提出 前几次实验值。取完数据后，可用功能复位健改 变实验功能及改变挡光片设定宽度的方法实现复 位清零。

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[功能测量] 1.计时(s):测量P口或P口两次挡光时间间隔及滑块通过两光电门的 速度。 (1)连接好光电门，功能设定在计时状态。 (2)让带有U型挡光片的滑块通过光电门，即可显示需要测量数据。 2.加速度(a):测量滑决通过每个光电门的速度和通过相邻光电门 的时间或这段路程的加速度。 (1)功能设定在加速度状态。 (2)在使用两个光电门的情况下，让带U型档光片的滑块通过光电 2 U 门，计数器将循环显示下列数据： 1 第一个光电门； ××××× 第一个光电门测量值 2 第二个光电门； ××××× 第二个光电门测量值； 1—2 第一至第二光电门； ××××× 第一至第二光电门测量值

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3.碰撞(S):将P和P各接一只光电门。 2 2 1 (1)设定碰撞功能。 (2)使两只带U型档光片的滑块相撞，计数器 将显示下列数据： P1.1 P口光电门第一次通过； 1 × × × × × P口光电门第一次测量数据; 1 P1.2 P口光电门第二次通过； 1 × × × × × P口光电门第二次测量数据; 1 P2.1 P口光电门第一次通过； 2 × × × × × P口光电门第一次测量数据; 2 P2.2 P口光电门第二次通过； 2 × × × × × P口光电门第二次测量数据。 2 注意：未被挡光的那一次将被省略。

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4.周期(T):测量简谐运动1~100周期的时间。 (1)设定周期功能。 (2)按住应数值转换键，确定所需周期数。 (3)在滑块上安装挡光片，使滑决做简谐运 动，当达到设定的 周期数时，将自动显示总时间。 5.计数(J):测量遮光次数。 6.测频：可测正弦波、方波、三 …… 此处隐藏：258字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……