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
目 录
预习报告……………………………………………2~5
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…………………………………………6~12
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 气垫导轨和附件 MUJ-6B电脑通MUJ-6B 用计数器 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，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。
②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
型号规格 生产厂家 仪器编号 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=F
两光电门之间距离 S=50cm 挡光片宽度△l=1.00cm m2：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） 1 M1=181.67 52.28 52.24 52.37 34.52 35.13 34.46 24.27 24. 24.66 =24.67 F3=M3=9.41*10-2N 2 3 1 =52.30 F1=M1=9.50*10-2N 3.4% M2=281.72 2 3 1 =34.71 F2=M2=9.78*10-2N 0.51% M3=381.42 2 3 4.3%
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
F∝a
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=262.06g
加速度a/(cm s-2) m2/g 1 m21=砝码盘质量 m22=m21+1只砝码质量 m23=m21+2只砝码质量 m24=m21+3只砝码质量 m25=m21+4只砝码质量 m26=m21+5只砝码质量 2 17.83 35.87 53.47 71.34 .18 107.08 3 17.88 35.77 53.42 71.18 .32 107.12 平均值 17.86 35.82 53.47 71.31 .30 107.07 4.99 9. 14.81 19.70 24.62 29.529 17.86 35.81 53.52 71.40 .41 107.00
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=1.00cm V1/ V2/ △l=3.00cm V1/ V2/ △l=5.00cm V1/ V2/ △l=10.00cm V1/ V2/ 1 2 3 4 5 平均值 (cm s-1) (cm s-1) (cm s-1) (cm s-1) (cm s-1) (cm s-1) (cm s-1) (cm s-1) 21.57 39.60 22.02 39.63 22.03 39.61 23.04 39.94 21.51 39.59 21.77 39.49 21.83 39.53 22.93 39.87 21.39 39.73 21.78 39.51 22.02 39.62 23.05 39.97 21.41 39.54 21.69 39.40 22.25 39.84 22.93 39.87 21.42 39.57 21.63 39.50 22.18 39.80 22.94 39.87 21.46 39.61 21.78 39.51 22.06 39.68 22.98 39.91
2、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，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=1.00cm
S=|XB-XA| V1/ (cm s-1) 40.0cm V2/ (cm s-1) a/ (cm s-2) V1/ (cm s-1) 50.0cm V2/ (cm s-1) a/ (cm s-2) V1/ (cm s-1) 60.0cm V2/ (cm s-1) a/ (cm s-2) 1 2 3 4 5
21.41 36.58 11.00 21.57 39.60 11.03 21.29 41.68 21.32 42.02 21.35 42.11 21.34 42.18 21.36 42.16 21.33 42.03 10.96 10.93 10.97 11.03 11.01 10.98 21.45 36.54 10.97 21.51 39.59 11.05 21.57 36.70 11.02 21.48 36.74 11.03 21. 36.68 11.02 21.39 39.73 11.07 21.41 39.54 11.05 21.42 39.57 11.07 21.46 39.61 11.05 平均值 21.51 36.65 11.01 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v当Δt→0，平均速度趋近于一个极限，即物体运动的瞬时速度
vlimxdx ……① t0tdtx，t在实验中，直接用定义式①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：
……②
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……③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F∝a，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-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F∝a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=1.00cm V1/ V2/ △l=3.00cm V1/ V2/ △l=5.00cm V1/ V2/ △l=10.00cm V1/ V2/ 1 2 3 4 5 平均值 (cm s-1) (cm s-1) (cm s-1) (cm s-1) (cm s-1) (cm s-1) (cm s-1) (cm s-1) 21.57 39.60 22.02 39.63 22.03 39.61 23.04 39.94 21.51 39.59 21.77 39.49 21.83 39.53 22.93 39.87 21.39 39.73 21.78 39.51 22.02 39.62 23.05 39.97 21.41 39.54 21.69 39.40 22.25 39.84 22.93 39.87 21.42 39.57 21.63 39.50 22.18 39.80 22.94 39.87 21.46 39.61 21.78 39.51 22.06 39.68 22.98 39.91
2、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
查本地区重力加速度g=9.795cm/s2
，同理V2=39.93cm/s
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-XA| V1/ (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) 40.0cm 50.0cm 60.0cm 1 2 3 4 5
21.41 36.58 11.00 21.57 39.60 11.03 21.29 41.68 21.32 42.02 21.35 42.11 21.34 42.18 21.36 42.16 21.33 42.03 10.96 10.93 10.97 11.03 11.01 10.98 21.45 36.54 10.97 21.51 39.59 11.05 21.57 36.70 11.02 21.48 36.74 11.03 21. 36.68 11.02 21.39 39.73 11.07 21.41 39.54 11.05 21.42 39.57 11.07 21.46 39.61 11.05 平均值 21.51 36.65 11.01 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=1.00cm
m2：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） 1 M1=181.67 52.28 52.24 52.37 34.52 35.13 34.46 24.27 24. 24.66 =24.67 F3=M3=9.41*10-2N 2 3 1 =52.30 F1=M1=9.50*10-2N 3.4% M2=281.72 2 3 1 =34.71 F2=M2=9.78*10-2N 0.51% M3=381.42 2 3 4.3%
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
F∝a
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=262.06g
加速度a/(cm s-2) m2/g 1 m21=砝码盘质量 m22=m21+1只砝码质量 m23=m21+2只砝码质量 m24=m21+3只砝码质量 m25=m21+4只砝码质量 m26=m21+5只砝码质量 2 17.83 35.87 53.47 71.34 .18 107.08 3 17.88 35.77 53.42 71.18 .32 107.12 平均值 17.86 35.82 53.47 71.31 .30 107.07 4.99 9. 14.81 19.70 24.62 29.529 17.86 35.81 53.52 71.40 .41 107.00 可知F1=m21g=48.8771*10-3N a1=17.86cm/s-2
F2=m22g=96.8726*10-3N a2=35.82cm/s-2
F3=m23g=145.00*10-3N a3=53.47cm/s-2 F4=m24g=192.9615*10-3N a4=71.31cm/s-2 F5=m25g=241.1529*10-3N a5=.30cm/s-2 F6=m26g=2.1484*10-3N a6=107.07cm/s-2
取点（17.86,48.8771）及点（107.07,2.1484） 则斜率故误差
