大一下物理实验实验报告 用气垫导轨研究物体的运动.docx

1、大一下物理实验实验报告 用气垫导轨研究物体的运动东 南 大 学物 理 实 验 报 告姓名 学号 指导老师 日期 座位号 报告成绩 实验名称 用气垫导轨研究物体的运动 预习报告25实验目的2实验仪器2实验中的主要工作2预习中遇到的问题及思考3实验原始数据记录4实验报告612实验原理实验步骤实验数据处理及分析讨论实验目的：1、了解气垫导轨的工作原理2、掌握利用气垫导轨测量运动物体的加速度和重力加速度3、验证牛顿第二运动定律实验仪器（包括仪器型号）：仪器名称型号规格生产厂家仪器编号气垫导轨和附件MUJ-6B电脑通用计数器MUJ-6B天平试验中的主要工作：实验一：1、练习通用计数器的基本使用 2、调平

2、气垫导轨：粗调:在导轨中部相隔50cm放置两个光电门，接通气源确定导轨通气良好，然后调节导轨的调平螺钉，使滑块在导轨上保持不动或稍微左右摆动。 细调: 设置计数器在S2功能，给滑块一个适当的初速度，观察滑块经过前后光电门的时间t1， t2，仔细调节调平螺钉，使t1 略小于t2即可。实验二：1、打开MUJ-6B电脑通用计数器，选择加速度功能，设置挡光片宽度值 2、安置光电门A和B，取S=|XB-XA|=50.0cm，在滑块上安装挡光片和小钩套，打开气源，调整导轨水平 3、利用小滑块，配重块4块，砝码1只，砝码盘等附件验证a1/M的关系 4、利用小滑块，配重块4块，砝码5只，砝码盘等附件验证Fa的

3、关系预习中遇到的问题及思考：1、在实验中如何调节导轨水平？ 答：先进行粗调，在导轨中部相隔50cm放置两个光电门，接通气源确定导轨通气良好，然后调节导轨的调平螺钉，使滑块在导轨上保持不动或稍微左右摆动。 在进行细调，设置计数器在S2功能，给滑块一个适当的初速度，观察滑块经过前后光电门的时间t1， t2，仔细调节调平螺钉，使t1 略小于t2即可。2、在验证牛顿第二定律的实验中如何保持系统总质量M不变，而合外力F改变？ 答：可以在砝码盘中放入一些砝码，然后通过向滑块上转移砝码来改变合外力F，而此时系统总质量M不变。实验原始数据记录：实验二：1、保持系统合外力F不变，改变系统总质量M，验证,即Ma=

4、F两光电门之间距离 S=50cm 挡光片宽度l=1.00cmm2：砝码1只+砝码盘 M1：小滑块+砝码1只+砝码盘+挡光片+套钩+钩+固定螺钉3只M2：M1+配重块2个+固定螺母2只 M3：M2+配重块2个m2=10.04g F= m2g=9.83*10-2N系统质量/g加速度a/(cm s-2)Fi与F比较（百分误差）M1=181.67152.28=52.30F1=M1=9.50*10-2N3.4%252.24352.37M2=281.72134.52=34.71F2=M2=9.78*10-2N0.51%235.13334.46M3=381.42124.27=24.67F3=M3=9.41*

5、10-2N4.3%224.89324.662、保持系统总质量M不变，改变系统的合外力F的大小，验证Fa两光电门之间距离 S=50cm 挡光片宽度l=1.00cm组成系统总质量的附件清单：滑块+砝码5只+砝码盘+挡光片+套钩+钩系统总质量M=262.06gm2/g加速度a/(cm s-2)123平均值m21=砝码盘质量4.9917.8617.8317.8817.86m22=m21+1只砝码质量9.8935.8135.8735.7735.82m23=m21+2只砝码质量14.8153.5253.4753.4253.47m24=m21+3只砝码质量19.7071.4071.3471.1871.31m

6、25=m21+4只砝码质量24.6289.4189.1889.3289.30m26=m21+5只砝码质量29.529107.00107.08107.12107.07实验一：1、用通用计数器的S2功能，测定滑块上P点自轨道上O点处静止下滑到光电门A、B位置时的速度V1、V2 定高垫块厚度h=1.00cm 气垫导轨脚距d=86.0cm O点位置X0=110cm 光电门A的位置XA=90cm 光电门B的位置XB=40cm挡光片宽度l=1.00cml=3.00cml=5.00cml=10.00cmV1/(cm s-1)V2/(cm s-1)V1/(cm s-1)V2/(cm s-1)V1/(cm s-

7、1)V2/(cm s-1)V1/(cm s-1)V2/(cm s-1)121.5739.6022.0239.6322.0339.6123.0439.94221.5139.5921.7739.4921.8339.5322.9339.87321.3939.7321.7839.5122.0239.6223.0539.97421.4139.5421.6939.4022.2539.8422.9339.87521.4239.5721.6339.5022.1839.8022.9439.87平均值21.4639.6121.7839.5122.0639.6822.9839.912、理论推算滑块上P点自轨道上O点

8、静止下滑到光电门A、B位置的速度V1、V2 定高垫块厚度h=1.00cm 气垫导轨脚距d=86.0cm O点位置X0=110cm光电门A的位置XA=90cm 光电门B的位置XB=40cm 路程S1=|XA-XO|=20cm S2=|XB-XO|=70cm 推算 ，同理V2=39.93cm/s 查本地区重力加速度g=9.795cm/s2，将V1、V2实测数据和推算数据对比、分析和讨论3、测定滑块沿斜面下滑过程中的加速度 选择挡光片宽度l=1.00cmS=|XB-XA|40.0cm50.0cm60.0cmV1/(cm s-1)V2/(cm s-1)a/(cm s-2)V1/(cm s-1)V2/(

9、cm s-1)a/(cm s-2)V1/(cm s-1)V2/(cm s-1)a/(cm s-2)121.4136.5811.0021.5739.6011.0321.2941.6810.96221.4536.5410.9721.5139.5911.0521.3242.0210.93321.5736.7011.0221.3939.7311.0721.3542.1110.97421.4836.7411.0321.4139.5411.0521.3442.1811.03521.6436.6811.0221.4239.5711.0721.3642.1611.01平均值21.5136.6511.0121.

10、4639.6111.0521.3342.0310.98 比较三种S值情况下的加速度值，判定滑块是否做匀加速运动一、实验原理1、直线运动中速度的测定沿直线运动的物体，在t时间内位移为x，平均速度，当t0，平均速度趋近于一个极限，即物体运动的瞬时速度 在实验中，直接用定义式来测量物体上某点的瞬时速度是很困难的，一般在一定的误差范围内，用平均速度代替瞬时速度的测量。2、匀变速直线运动中加速度的测定在气垫导轨上作匀变速直线运动的物体，其加速度a的数值可以通过下式得到： 式中v1和v2是滑块经过前后两个光电门位置（x1和x2）时的速度，t是滑块通过这两个光电门之间的路程s=x1-x2的时间。3、由于在气

11、轨上运动的物体的摩擦力接近于零，这为验证牛顿第二定律创造了良好的实验条件，由牛顿第二定律得：F=Ma式中M=m1+m2为系统总质量，F=m2g为系统受的合外力，a为系统运动的加速度。实验中验证牛顿第二定律应从两方面考虑：（1）保持系统合外力F不变，改变系统总质量M，测出各条件下系统的加速度a，则应满足，即M1a1= M2a2=F（2）保持系统总质量M不变，改变系统合外力F的大小，测出各外力条件下系统的加速度a，作图分析a与F的关系应满足Fa，且比例系数为M。二、实验步骤1、练习通用计数器的基本使用将光电门的信号线插入P1和P2端口，开启电源，显示屏示值为“0.00”，按功能键，选择S2功能，利

12、用笔杆对每个光电门进行偶数次遮光操作，观察计数器计时是否正常。2、调节气垫导轨(1)粗调：在导轨中部相隔50cm放置两个光电门，接通气源，确定导轨通气良好，检查气轨两端的缓冲装置，在滑块上安装l=5.00cm的挡光片，调节导轨的调节螺钉，使滑块在导轨上保持不动或稍微左右摆动；（2）细调：设置通用计数器在S2功能，给滑块一个适当的初速度，观察滑块经过前后光电门的时间t1，t2，仔细调节导轨的调平螺钉，使得滑块在导轨上往返运动时，每经过前一个光电门的时间t1总是略小于经过后一个光电门的时间t2。3、打开MUJ-6B电脑通用计数器，选择加速度功能，设置挡光片宽度值。4、安置光电门A和B，取s=xB-

13、xA=50.0cm，在滑块上安装挡光片和小钩套，打开气源，调整导轨水平。5、利用小滑块，配重块4块，砝码1只，砝码盘等附件，验证a 的关系。6、利用小滑块，配重块4块，砝码5只，砝码盘等附件，验证Fa的关系。三、实验数据处理及分析实验一：1、用通用计数器的S2功能，测定滑块上P点自轨道上O点处静止下滑到光电门A、B位置时的速度V1、V2 定高垫块厚度h=1.00cm 气垫导轨脚距d=86.0cm O点位置X0=110cm 光电门A的位置XA=90cm 光电门B的位置XB=40cm挡光片宽度l=1.00cml=3.00cml=5.00cml=10.00cmV1/(cm s-1)V2/(cm s-

14、1)V1/(cm s-1)V2/(cm s-1)V1/(cm s-1)V2/(cm s-1)V1/(cm s-1)V2/(cm s-1)121.5739.6022.0239.6322.0339.6123.0439.94221.5139.5921.7739.4921.8339.5322.9339.87321.3939.7321.7839.5122.0239.6223.0539.97421.4139.5421.6939.4022.2539.8422.9339.87521.4239.5721.6339.5022.1839.8022.9439.87平均值21.4639.6121.7839.5122.0

15、639.6822.9839.912、理论推算滑块上P点自轨道上O点静止下滑到光电门A、B位置的速度V1、V2 定高垫块厚度h=1.00cm 气垫导轨脚距d=86.0cm O点位置X0=110cm光电门A的位置XA=90cm 光电门B的位置XB=40cm 路程S1=|XA-XO|=20cm S2=|XB-XO|=70cm 推算 ，同理V2=39.93cm/s 查本地区重力加速度g=9.795cm/s2 对比V1及V2的实测数据和理论数据知相差不大，因为实测的速度是平均速度，而且气垫导轨存在极小的摩擦，故近似可以代替3、测定滑块沿斜面下滑过程中的加速度 选择挡光片宽度l=1.00cm S=|XB-

16、XA|40.0cm50.0cm60.0cmV1/(cm s-1)V2/(cm s-1)a/(cm s-2)V1/(cm s-1)V2/(cm s-1)a/(cm s-2)V1/(cm s-1)V2/(cm s-1)a/(cm s-2)121.4136.5811.0021.5739.6011.0321.2941.6810.96221.4536.5410.9721.5139.5911.0521.3242.0210.93321.5736.7011.0221.3939.7311.0721.3542.1110.97421.4836.7411.0321.4139.5411.0521.3442.1811.0

17、3521.6436.6811.0221.4239.5711.0721.3642.1611.01平均值21.5136.6511.0121.4639.6111.0521.3342.0310.98 可知三种情况下加速度的平均值相差不大，故可以认为滑块做匀加速运动。实验二选做：1、保持系统合外力F不变，改变系统总质量M，验证,即Ma=F两光电门之间距离 S=50cm 挡光片宽度l=1.00cmm2：砝码1只+砝码盘 M1：小滑块+砝码1只+砝码盘+挡光片+套钩+钩+固定螺钉3只M2：M1+配重块2个+固定螺母2只 M3：M2+配重块2个m2=10.04g F= m2g=9.83*10-2N系统质量/g

18、加速度a/(cm s-2)Fi与F比较（百分误差）M1=181.67152.28=52.30F1=M1=9.50*10-2N3.4%252.24352.37M2=281.72134.52=34.71F2=M2=9.78*10-2N0.51%235.13334.46M3=381.42124.27=24.67F3=M3=9.41*10-2N4.3%224.89324.66可知在允许的范围内，由于实际系统合外力的大小应略小于m2g，则可近似认为系统合外力F不变时，a 2、保持系统总质量M不变，改变系统的合外力F的大小，验证Fa两光电门之间距离 S=50cm 挡光片宽度l=1.00cm组成系统总质量的

19、附件清单：滑块+砝码5只+砝码盘+挡光片+套钩+钩系统总质量M=262.06gm2/g加速度a/(cm s-2)123平均值m21=砝码盘质量4.9917.8617.8317.8817.86m22=m21+1只砝码质量9.8935.8135.8735.7735.82m23=m21+2只砝码质量14.8153.5253.4753.4253.47m24=m21+3只砝码质量19.7071.4071.3471.1871.31m25=m21+4只砝码质量24.6289.4189.1889.3289.30m26=m21+5只砝码质量29.529107.00107.08107.12107.07可知F1=m21g=48.8771*10-3N a1=17.86cm/s-2 F2=m22g=96.8726*10-3N a2=35.82cm/s-2F3=m23g=145.0640*10-3N a3=53.47cm/s-2F4=m24g=192.9615*10-3N a4=71.31cm/s-2F5=m25g=241.1529*10-3N a5=89.30cm/s-2F6=m26g=289.1484*10-3N a6=107.07cm/s-2取点（17.86,48.8771）及点（107.07,289.1484）则斜率故误差