大学物理仿真实验——气垫导轨上的直线运动

学院： 专业： 2012年 10月 22日 1 2 3 4

说明：1、实验报告必须包含上表中的第1页和第3页的内容，中间的第2页可根据报告内容的多少增/删页码。 2、实验报告可打印或手写。 5

篇二：大学物理仿真实验 气垫上的直线运动 实验日期：2011年12月12日 同组者：无 实验名称：气垫上的直线运动

一、原理简述（主要公式、电路、光路等） 1.平均速度和瞬时速度的测量 2.匀速直线运动 3.重力加速度的测定 图1 导轨垫起的斜面 4 验证证牛顿第二定律 (8)

二、实验目的：

1．测量匀变速运动中速度与加速度 2．验证牛顿第二定律 三、实验所用仪器及使用方法：

实验所用仪器：气垫-滑块机构，光电门，毫秒计，垫块 使用方法： 1、匀变速运动中速度与加速度的测量

（1）先将气垫导轨调平，然后在一端单脚螺丝下置一垫块，使导轨成一斜面。 （2）在滑块上装上U型挡光片，在导轨上置好光电门，打开计时装置。 （3）使滑块从距光电门 记下挡光时间

处自然下滑，做初速度为零的匀加速运动， ，重复三次。

（4）改变s，重复上述测量。 （5）测量 ，垫块高h及斜面长L。 （6）用最小二乘法对 （7）用坐标纸作 算g。

2、验证牛顿第二定律

进行直线拟合，并求出标准误差。

曲线，求 ，与最小二乘法所得结果进行比较，并计

将垫块取出，时导轨处于水平状态。用细线将砝码盘通过滑轮与滑块相连。若滑块质量为

，砝码盘和盘中砝码的质量为

，滑轮等效质量

（约为0.30g），砝码

盘、盘中砝码和滑块上的砝码的总质量为 ，则此时牛顿第二定律方程为 (9) 改变 ，使

分别为2.00g、4.00g、6.00g、8.00g、10.00g ，

时（每次剩余砝码要放在滑块上），测量在不同力的作用下，通过光电门的瞬时速度 再由 作

，求出 。

曲线，由斜率求出物体的总质量。 四、测量内容及数据处理：

1、气垫调平，如截图所示，通过两个光电门的时间差小于0.1毫秒

2、验证牛顿第二定律的实验，经过加上不同重量的砝码，我得到了如下结果：

根据实验指导书所示，物体的质量为1.39克。 3.测重力加速度试验，实验数据如图：

所以这里的a为2.47m/s^2

根据公式，g=a*l/h可知重力加速度为：9.88m/s^2 西安本地的重力加速度为9.744m/s^2 所以相对误差为：1.39%

五、小结（包括结论，误差分析，建议等）

结论：本实验测得物体的重量为1.39克，重力加速度为9.88m/s^2

误差分析：本实验中掠去了大部分的摩擦，这是得出数据部准确地一个主要原因

光电门的本身存在设计上的问题，速度较小时不能准确反映滑块的速度 试验中绳子的摆动会阻碍垂直下落

这个拟合结果让我很不满意，程序设计的有问题！

建议：在把滑块拉到最高点的时候最好能有一种仪器而不是用手去控制他的0初速度

滑轮和绳子最好能及时更换 六、思考题：

1． 用平均速度V代替瞬时速度V对本实验中的影响如何？

答：不可以，光电门的位置决定不可能每次在速度平均值的时候被取到速度，所以不能代替

2． 滑块从导轨的一端自由下滑，要测定它的中点经过光电门的瞬时速度 （S=90cm）你怎样安排这一实验，绘出简图。

答：改变滑块的结构，在其中点处最好能够插一面小旗子，或者是设计一个挡板，然后使其能够在通过光电门的时候被记录下来。 篇三：山西大学物理仿真实验气垫上的直线运动 气 垫 上 的 直 线 运 动

班级：201* 姓名：*** 日期：2014-6-4地点：理科楼 【实验目的】：

本实验的目的是利用气垫技术精确的测定物体的平均速度、瞬时速度、加速度以及当地的重力加速度，通过物体沿斜面自由下滑运动来研究匀变速运动的规律和验证牛顿第二定律。 【实验原理】

1．平均速度和瞬时速度的测量 做直线运动的物体在间内的平均速度为 时间内的位移为 ，则物体在 时

当时，平均速度趋近于一个极限，即物体在该点的瞬时速度。我们用v来表示瞬时速度，

实验上直接用上式测量某点的瞬时速度是很困难的，一般在一定误差范围内，用极短的内的平均速度代替瞬时速度。 2． 匀速直线运动

若滑块受一恒力，它将做匀变速直线运动，可采用在导轨一端加一滑轮，通过滑轮旋一重物在滑块上，也可以把气垫导轨一端垫高成一斜面来实现。采用前者可改变外力，不但可测得加速度，还可以验证牛顿第二定律。采用后者，因在测量过程中受外界干扰较小，测量误差较小，在测量加速度的基础上，还可以测量当地的重力加速度。匀变速运动方程如下：

在斜面上物体从同一位置由静止开始下滑，若测得不同位置处的速度为，相应的时间为，以t为横坐标，v为纵坐标作v-t图，如果图线是一条直线，证明物体作匀加速直线运动，图线的斜率为加速度a,截距为 。同样把 对应

处的测出，作图和图，若图线是直线，则物

体作匀加速直线运动，斜率分别为a/2和a，截距分别为和。 3． 重力加速度的测定

如图1所时，h为垫块的高度，L为斜面长，滑块沿斜面下滑的加速度为 图1 导轨垫起的斜面

4． 验证牛顿第二定律 设运动物体的总质量为M，作用力为F，假设其他耗散力如摩擦力、空气阻力、气垫粘滞力可忽略不计，这时牛顿第二定律可表示为：

若保持 不变M，

改变，应为一常量，即F增大，a

同时增大；F减小，a同时减小。若保持F不变，改变M，则Ma应为一常量，即增加M， a即减小。因此，只要在实验中满足上述条件，即可验证牛顿。

【实验内容】

1． 匀变速运动中速度与加速度的测量

（1）先将气垫导轨调平，然后在一端单脚螺丝下置一垫块，使导轨成一斜面。

（2）在滑块上装上U型挡光片，在导轨上置好光电门，打开计时装置。 （3）使滑块从距光电门s=20.0cm处自然下滑，做初速度为零的匀加速运动，记下挡光时间，重复三次。 （4）改变s，重复上述测量。

（5）测量，垫块高d及斜面长L。 （6）用最小二乘法对差。 （7）用坐标纸作

曲线，求a，与最小二乘法所得结果 进行直线拟合，并求出标准误 进行比较，并计算g。 2． 验证牛顿第二定律

将垫块取出，时导轨处于水平状态。用细线将砝码盘通过滑轮与滑块相连。若滑块质量为滑轮等效质量 ，砝码盘和盘中砝码的质量为 ，

（约为0.30g），砝码盘、盘中砝码和滑块上的砝 码的总质量为m，则此时牛顿第二定律方程为： 改变 ，使

分别为2.00g，4.00g，

6.00g，8.00g，10.00g时（每次剩余砝码要放在滑块上），测量在不同力的作用下，通过光电门的瞬时速度 。 作

曲线，由斜率求出物体的总质量。 ，再由 ， 求出

原始数据：

验证牛顿第二定律 测量加速度： 【数据处理】

验证牛顿第二定律所测得的原始数据经计算以后，得如下结果： 作图为：

由上图可计算得：总质量为：1.16kg

测量加速度所得的原始数据经计算处理后得： 图像为： 由

计算得：a=2.48m/s; 2 由

计算得：g=9.92m/s。

2

【实验结论】

实验结果中存在一定的误差，此误差是摩擦阻力等因素必然引起的系统误差，在测量过程中个人操作也是引起误差的主要原因，所以在实验数据测量以及处理过程中采取多组数据测量并采用平均值来减少误差。 《大学物理仿真实验——气垫导轨上的直线运动》