一、实验目的

1.学习气垫导轨和电脑计数器的使用方法。

2.学习用气垫导轨测定物体运动的即时速度和加速度。

3.巩固速度和加速度的概念。

二、实验原理

1.运动物体在某一时刻（或位置）的速度，就是该时刻的瞬时速度。实际测量瞬时速度时，是测出物体在某一时刻附近很短的Δt时间内的位移Δs，求出平均速度以此来近似代替该时刻的瞬时速度。

2.物体做匀变速直线运动时，它的加速度a=，测出瞬时速度vt、v0和速度变化对应的时间t就能算出加速度a。

三、实验器材

气垫导轨、气源、数字计时器

四、仪器简介

A.气垫导轨

气垫导轨是一种力学实验仪器，如图2-1所示，它利用从导轨工作面小孔喷出的压缩气体，使导轨表面和滑块之间形成一层很平、薄的气膜即气垫，气垫将滑块浮在导轨上，从而大大减少了滑块运动时的摩擦力，提高了实验精度，再配合高精度的电脑计数器，使之成为目前较为理想的力学实验仪器。

图2-1 气垫导轨装置

1.导轨：导轨是三角形空腔铝合金型材，其一端封闭，另一端装有进气管与气源相连，三角形上面的两个侧面是导轨的工作面，工作面上均匀地分布着直径为0.6mm喷气小孔，轨面前侧装有刻度尺。

2.基座：基座是一长方形空腔铝合金型材，它位于导轨的下面起支撑作用，通过连接螺钉把导轨连接在基座上面

3.支撑螺钉：它位于基座下面，成三角形分布，用来调节导轨纵向、横向水平的，也可根据实验要求，使导轨向某一方向倾斜。

4.滑块：它是在导轨上运动的物体，上面可装挡光片或挡光框。挡光框（片）有一定的挡光宽度，即计时宽度Δx，当滑块在导轨上运动时，Δx就是Δt内滑块的位移。此外滑块上还可以安装弹簧、附加砝码等。

B.气源

气源即是空气压缩机，它把压缩空气输送给导轨，再从导轨的工作面上的小孔喷出，使滑块与导轨面之间形成气膜（气垫）。

[注意事项]

（1）气垫导轨必须“带气操作”，没有送气之前不允许在导轨上放置和移动滑块，以免损伤工作面。

（2）导轨底座下面的支撑螺钉，按实验要求调节，可使导轨水平或向某一方向倾斜。判断导轨水平的标准是：滑块能够停止在导轨的某个地方或很小范围往复运动。

（3）气源开关要及时关闭，以免长时运转发热。

（4）保持导轨工作面清洁，防气孔堵塞。

C.电脑计时器

电脑计时器是一种高精度的数字显示式计时仪器，它可以用来计时和计数等。下面以MUJ-5B型计时器为例说明其主要构造和使用方法。

计时器，可分为主机和光电门两部分。每台主机配有两个光电门。光电门由发光管和光电管组成。利用光电管的受光照和不受光照来作为计时器主机的动作控制开关。主机的作用是处理和显示数据（信息）。主机正面控制器布局如图2-2所示。

图2-2 主机前面板控制器布局图

①LED显示屏　　　　②测量单位指示灯

③转换键　　　　　 ④测量功能指示灯

⑤功能键　　　　　 ⑥取数键

⑦电磁铁通断指示灯 ⑧电磁铁键

功能键：用于测量功能的选择和清除显示窗上的数据。

※当显示窗为“0”（无数据显示）时，按动功能键可进行测量功能的选择(www.daowen.com)

※当显示窗不为“0”（有数据显示）时，按动功能键可清“0”复位

取数键：计时器不但可以显示当前的数据，还可以储存数据（储存前20个测量值）

※提取储存：按取数键，可依次显示数据储存顺序及相应值，

※清除储存：取数键与功能键配合使用，可以在不改变测量功能的情况下清除储存。操作方法是：先按取数键在显示储存的过程中按下功能键即可。

转换键：用于测量单位的转换、挡光框宽度的设定和测量周期数的设定。

※短时间的按取转换键（小于1s）可以转换测量单位。

※长时间的按取转换键，可以重新设定挡光框的宽度（1.0cm、3.0cm、5.0cm、10.0cm）和测量周期数（0～100）。

图2-3 主机后面板控制器布局图

①P1光电门插口（外口兼电磁铁插口）　②P2光电门插口

③信号源输出插口　　　　　　　　　　④电源开关⑤

⑤电源线

五、实验步骤

1.按要求接线，计时器选“加速度”功能，“ms”单位。

2.将导轨调为一斜面（如图2-4所示）使滑块能在导轨上自高向低做匀加速直线运动。

3.将滑块移至高端x0处，计时器清零，滑块从x0处静止释放，保证滑块只在其重力的下滑分力作用下做匀加速直线运动。电脑计时器将自动记录下滑块在两光电门x1、x2处，分别位移1cm的时间Δt 1、Δt 2，以及滑块从第一个光电门x1运动到第二个光电门x2所用的时间t.

4.按取数键记录Δt 1、Δt 2及t.

5.重复，步骤3、4，测记三次Δt 1、Δt 2及t，并求平均值.

6.利用公式：

图2-4

[注意事项]

（1）整个测量过程中滑块的质量和导轨倾斜的角度应保持不变，以使物体运动的合外力不变。

（2）滑块运动的起点x0，两个光电门的位置x1、x2点，选定后保持不变。

（3）每次测量，保证滑块只是在其重力的下滑分力作用下从x0点开始运动，不需要人为的施加任何力。

实验报告

实验名称：测匀加速直线运动的即时速度和加速度

实验目的：（自行写出）

实验原理：

实验器材：（自行写出）

方法步骤：（自行写出）

数据记录与计算

挡光框宽度：Δx=1cm