实验二 气垫导轨上的实验上课讲义
实验——用气垫导轨验证动量守恒定律知识讲解
实验——用气垫导轨验证动量守恒定律知识讲解
一、动量守恒定律
动量守恒定律是一项至今仍被广泛使用的物理定律，它规定物体的总动量（即物体所带有的物理量）即在物体发生变化时不会改变，也就是说，动量的实际变化和物体的动量以及物体间的力量的变化是必然相平衡的。
因此，动量守恒定律可以说是相关物理绝大多数原理的基础。
二、气垫导轨实验
为验证动量守恒定律，我们可以使用气垫导轨实验。
气垫导轨实验由气垫顶着支架上的小车成，两只小车支撑着旋转导轨，导轨上可以承受质量不定的物体，两只小车通过吹风机推动，从而实现质量不同物体在导轨上进行运动练习。
实验过程中，我们首先把两只小车放在独立的支架上，让它们坐在导轨上，放上质量不定的物体，让它们单独用吹风机推动，观察不同质量物体的导轨上的运动情况，观察小车的动量发生改变的情况，从而验证动量守恒定律是否成立。
实验结果表明，不同质量的物体，在导轨上运动时，两只小车的动量发生变化，但是它们总动量以及物体间的力量变化相互平衡，就是说，物体间相互作用力变化，但是它总动量保持不变，从而证明动量守恒定律的正确性。
三、结论
通过气垫导轨实验，我们可以清晰地证明动量守恒定律的正确性。
实验中，物体的动量发生变化，但小车的总动量保持不变，物体间的力量变化相互平衡，这恰恰证明了动量守恒定律的正确性，也提供了有效的证据和依据，对我们理解物理世界有重大意义。
在气垫导轨上测量速度和加速度实验讲义
在气垫导轨上测量速度和加速度气垫导轨为力学实验提供了一维几乎无摩擦的系统。
在气垫导轨上可以研究运动体的一维运动、碰撞及振动等。
本实验采用气垫导轨验证匀加速直线运动的公式和牛顿第一定律。
【预习提示】1. 在使用气垫导轨前，要首先将导轨调至水平状态，实验中如何将导轨调至水平？2. 实验中采用光电计时器是如何工作的，它是如何获得滑块滑过某点的瞬时速度的？【实验目的】1. 设计实验方案，验证匀加速直线运动的三个基本公式。
2. 设计实验方案，利用直线外推法验证牛顿第一定律。
3. 学会光电计时器的使用方法，能够用光电计时器测量时间、速度和加速度。
【实验原理】将已调水平的气垫导轨的一端垫上垫块，便得到一个较为理想的平直光滑斜面。
忽略空气摩擦阻尼，运动物体滑块在重力沿斜面的分力作用下作匀加速直线运动。
这种具有恒定加速度的运动有三个熟知的基本公式：v =v 0+at （1）s =v 0t +12at 2 （2） v 2=v 02+2as （3） 式中v 0、v 分别为物体在0t =和t 时刻的瞬时速度，s 为物体在t 时间内运动的距离，a 即为物体的加速度。
由牛顿第二定律可知，这时加速度a 和重力加速度g 之间关系应当为a =gsinθ=g ℎL （4） 式中θ为导轨的倾角，h 为导轨调平后一端垫高的高度，即垫块的厚度，L 为斜面的长度，即两端底脚螺丝之间的距离。
实验中用直线图解法求加速度。
如图1所示，设运动物体滑块每次均从P 处静止开始下滑，测得数据()()()112233,,,s v s v s v 、、、，根据（3）式，以s 为横坐标，v 2为纵坐标，作v 2~s图线，如果图线为一直线，说明物体作匀加速直线运动，直线的斜率为2a ，截距为v 02。
实验者可自行分析考虑，怎样利用（1）式和（2）式，由实验数据绘制求加速度a 的直线图。
图1 图2保持s 不变，即实验中两光电门位置固定不动，改变垫块的高度h ，即可求得加速度a 和相应的h 之间的直线关系，线性外推得到当0h =时，0a =，说明导轨水平时，物体不受外力作用要保持原来的匀速直线运动状态，从而验证了牛顿第一定律。
物理实验讲义
物理实验讲义实验一牛顿第二定律的验证一、实验目的1．掌握气垫导轨、通过计数器的使用；2．学习运用光电计时系统测量物体运动的时间、瞬时速度、加速度；3．学习验证性实验的思想和基本方法。
二、实验仪器气垫导轨、大小滑块、光电门、垫块、毫秒计、物理天平、游标卡尺、米尺。
三、仪器介绍1. 气垫导轨如图1所示，气垫导轨是一种摩擦力很小的实验装置，它利用从导轨表面小孔喷出的压缩空气，在滑块与导轨之间形成很薄的空气膜，将滑块从导轨面上托起，使滑块与导轨不直接接触，滑块在滑动时只受空气层间的内摩擦力和周围空气的微弱影响，这样就极大地减少了力学实验中难于克服的摩擦力的影响，滑块的运动可以近似看成无摩擦运动，使实验结果的精确度大为提高。
图 12. 滑块和挡光片滑块由直角形铝板制成，其内表面可以与导轨的两个侧面精密吻合，两端装有缓冲器。
滑块中部的上方水平安装着挡光片，如图2所示。
3. 光电门和计数器(1)光电门光电门是一个光电传感器，其作用是将光信号转变为电信号，来提供计时用的脉冲信号。
光电门结构和测量原理如图3所示。
当滑块从光电门旁经过时，安装在滑块上的遮光片穿过光电门，从发射器（如发光二极管）射出的红外光被遮光片遮住而无法照到接收器上，此时接收器图 2（如光电二极管）产生一个脉冲信号。
在滑块经过光电门旁的整个过程中，遮光片两次挡光，则接收器共产生两个脉冲信号，通过计数器可以测出这两个脉冲信号之间的时间间隔t ∆。
设二次遮光片间的遮光距离为l ∆，则平均速度为tl V ∆∆=，当速度变化不大，或l ∆较小时，这个平均速度就可认为是滑块通过光电门中间的瞬时速度。
图 3(2) MUJ-IIB 电脑通用计数器 MUJ-IIB 系列电脑通用计数器用单片机作为中央处理器，并且编入了相应的数据处理程序，具备多组实验数据的记忆存储功能 (如图4)。
从P1, P2两个光电门（光电门接在通用计数器背面的插座上）采集数据信号，经中央处理器处理后，在LED 数码显示屏上显示出测量结果。
气垫导轨上的实验——弹簧振子的简谐振动
气垫导轨上的实验——弹簧振子的简谐振动导轨实验是物理学中非常重要的实验之一，这种实验可以帮助我们更好地理解物理学中的一些基本原理和概念。
本文将介绍气垫导轨上的实验——弹簧振子的简谐振动。
实验介绍气垫导轨是一种高精度的实验装置，采用此装置可以消除重力、摩擦等因素的影响，实现真正意义上的理想运动。
弹簧振子是物理学中的一种经典问题。
在本实验中，我们将利用气垫导轨上的弹簧振子来研究简谐振动的基本特征。
具体来说，我们将观察弹簧振子的振动周期、振幅等参数，分析这些参数与弹簧振子的基本特性之间的关系。
实验原理弹簧振子的运动可以近似地看作一种简谐振动。
简谐运动是指物体在恒定张力或弹力作用下，沿着一条直线或固定曲线做往返运动的一类运动形式。
弹簧振子的振动就是一种典型的简谐振动。
在弹簧振子的振动过程中，弹簧的弹性力是其运动的主导因素。
弹簧的弹性势能与其弹性形变的平方成正比，同时其弹性恢复力与其形变量成正比。
因此，我们可以通过测量弹簧振子的振幅与周期来确定弹簧的劲度系数和质量。
实验装置实验需要使用的装置有气垫导轨、弹簧振子、平衡砝码、计时器等。
实验步骤1.将弹簧挂在气垫导轨上。
2.调整弹簧长度和质量，使其达到稳定的振动状态。
3.测量弹簧振子的振幅和周期。
4.根据测量数据，计算弹簧的劲度系数和质量。
实验结果与分析弹簧振子的周期T可以通过震动次数n和时间t的比值来计算，即T = t / n。
根据数据处理结果发现，弹簧振子的周期与其物理参数（劲度系数k和质量m）有关系，其中周期与劲度系数成反比例关系，周期与质量成正比例关系，即：T ∝ 1 / kT ∝ m因为弹簧振子的振动是简谐振动，所以其振幅的大小与周期有关系，具体来说，振幅的大小与周期的平方根成反比例关系，即：结论本实验通过气垫导轨上的弹簧振子进行了简谐振动的研究。
结果表明，弹簧振子的周期与劲度系数成反比例关系，周期与质量成正比例关系，振幅的大小与周期的平方根成反比例关系。
实验二气垫导轨实验
实验二气垫导轨的应用气垫导轨是为消除摩擦而设计的力学实验仪器，它利用从导轨表面小孔喷出的压缩空气，使导轨表面与滑行器之间形成一层很薄的“气垫”将滑行器浮起，使运动时的接触摩擦阻力大为减小，从而可以进行一些较为精确的定量研究。
工业上利用气垫技术，还可以减少机械或器件的磨损，延长使用寿命，提高速度和机械效率，所以，气垫技术在机械、纺织、运输等工业生产中得到广泛应用，如气垫船、空气轴承、气垫输送线等。
一、机械能守恒定律的验证【实验目的】1．了解气垫导轨的构造，掌握它的调平方法。
2．了解计数器的计时原理，掌握它的操作方法。
3．验证机械能守恒定律。
【仪器简介】1．气垫导轨气垫导轨是一种力学实验装置，它主要由空腔导轨、滑行器、气源和光电门装置组成，如图1所示。
图1 气垫导轨导轨是用一根平直、光滑的三角形铝合金制成，固定在一根刚性较强的钢梁上。
导轨长为1.5m，轨面上均匀分布着孔径为0.6mm的两排喷气小孔，导轨一端封死，另一端装有进气嘴。
当压缩空气经管道从进气嘴进入腔体后，就从小气孔喷出，托起滑行器，滑行器漂浮的高度，视气流大小及滑行器重量而定。
为了避免碰伤，导轨两端及滑轨上都装有弹射器。
在导轨上装有调节水平用的地脚螺钉。
双脚端的螺钉用来调节轨面两侧线高度，单脚端螺钉用来调节导轨水平。
或者将不同厚度的垫块放在导轨底脚螺钉下，以得到不同的斜度。
导轨一侧固定有毫米刻度的米尺，便于定位光电门位置。
滑轮和砝码用于对滑行器施加外力。
滑行器是导轨上的运动物体，长度为156mm，也是用铝合金制成，其下表面与导轨的两个侧面精密吻合，根据实验需要，滑行器上可以加装挡光片、加重块、尼龙扣、弹射器等附件。
气源为专用气泵，用气管与导轨连接。
光电计时装置由光电门毫秒计组成。
J0201-CHJ存储式数字毫秒计采用单片微处理器，程序化控制，可用于各种计时、计数、测速度等，并具备多组实验数据的记忆存储功能。
仪器面板如图2所示。
图2 存储式数字毫秒计的面板图1) 数据显示窗口：显示测量数据、光电门故障信息等。
气垫导轨上的实验报告
气垫导轨上的实验报告气垫导轨上的实验报告引言气垫导轨是一种利用气体动力学原理来减小摩擦力的装置，广泛应用于高速列车、滑翔器等交通工具中。
本实验旨在研究气垫导轨的运行原理及其对运动物体的影响，以期进一步提高交通工具的运行效率和安全性。
一、实验设备本次实验所使用的气垫导轨实验装置包括气垫导轨、运动物体、气源和测量仪器。
气垫导轨由一条长而平滑的导轨构成，导轨的表面布满了小孔，通过这些小孔喷出的气体形成气垫，减小了运动物体与导轨之间的接触面积，从而减小了摩擦力。
运动物体是一个小球，可以在气垫导轨上自由滑动，测量仪器则用于记录小球的运动轨迹和速度。
二、实验步骤1. 将气垫导轨放置在水平台面上，并连接气源。
2. 将小球放置在气垫导轨的起点处，记录下小球的初始位置。
3. 打开气源，调节气压，观察小球在气垫导轨上的运动情况。
4. 使用测量仪器记录小球在不同气压下的运动轨迹和速度。
5. 根据实验数据，分析小球在不同气压下的运动特点，并进行总结。
三、实验结果与分析实验结果表明，随着气压的增加，小球在气垫导轨上的滑动速度逐渐增加。
这是因为气压的增加导致气垫导轨上的气体流速增加，从而形成了更强的气垫，减小了小球与导轨之间的接触面积，进而减小了摩擦力。
因此，小球在气垫导轨上的滑动速度随气压的增加而增加。
此外，实验还发现，当气压超过一定阈值时，小球的滑动速度将趋于稳定。
这是因为在超过该阈值后，气垫导轨上的气体流速已经达到了最大值，再增加气压并不会进一步减小摩擦力。
因此，小球的滑动速度在超过该阈值后趋于稳定。
四、实验意义与应用气垫导轨作为一种减小摩擦力的装置，具有广泛的应用前景。
首先，在高速列车中的应用可以大大提高列车的运行效率和安全性。
由于气垫导轨减小了列车与轨道之间的摩擦力，列车的运行阻力减小，从而可以实现更高的运行速度。
其次，在滑翔器等交通工具中的应用也可以提高其运行效率和稳定性。
气垫导轨的使用可以减小滑翔器与地面之间的摩擦力，从而减小能量损失，提高滑翔器的滑行距离和时间。
一、实验名称：实验2 气垫导轨实验
一、实验名称：实验2 气垫导轨实验二、实验目的1.掌握气垫导轨的基本原理及特点，了解气垫导轨的优缺点。
2.学习如何对气垫导轨进行调整，使其达到高精度、高可靠性要求。
3.学习气垫导轨的相关检测方法和操作规程。
三、实验内容及步骤1.实验器材：气垫导轨、加工工件、校平器、导轨检测仪。
2.实验步骤：（1）检查气垫导轨是否清洁，如果有灰尘需要清理。
（2）开启气源，调整气压，将气垫导轨调整至标准气压。
（3）将加工工件放置在气垫上，调整气垫导轨使其在工件上稳定运行。
（4）使用校平器检测气垫导轨在水平面上是否有偏差，如果有，使用螺丝微调器进行调整直至稳定。
（5）使用导轨检测仪对气垫导轨的水平度、垂直度、平面度等进行检测。
四、注意事项1.实验前需仔细查看气垫导轨的安装和使用手册，学习气垫导轨的基本原理及操作方法。
2.实验前需要检查仪器和设备的状态，确保设备完好，以免影响实验进展及结果。
3.实验中需注意安全，特别是气源压力要适当，防止气垫导轨产生危险。
4.实验后需将气垫导轨及相应设备清理干净，以便下次使用。
五、实验结果与分析实验结果如图所示，通过对气垫导轨的调整及检测，使其达到高精度、高可靠性要求。
分析原因：气垫导轨通过空气压缩产生气垫，使滑动面产生一个微弱的浮力，在极低的摩擦力下运动，具有高速、高精度和低颤振的特点。
六、实验总结通过本次实验，我深刻了解了气垫导轨的基本原理及特点，掌握了如何对气垫导轨进行调整和检测，提高了操作技能。
在实验过程中，我发现气垫导轨具有运动速度快、精度高、维护成本等方面的优点，但也存在着一定的局限性，如高空间要求、对空气质量要求高等。
通过本次实验，我不仅提高了实验操作能力，同时也对气垫导轨的应用范围有了更深刻的认识。
气垫导轨法实验报告
气垫导轨法实验报告
《气垫导轨法实验报告》
实验目的：通过气垫导轨法实验，探究气垫导轨在物体运动中的应用和特点。
实验材料：气垫导轨、气泵、物体（如小车）、计时器、测量工具等。
实验步骤：
1. 将气垫导轨放置在水平平整的桌面上，并连接气泵。
2. 将小车放置在气垫导轨上，并通过气泵产生气垫，使小车悬浮在导轨上。
3. 通过计时器记录小车在气垫导轨上的运动时间和速度。
4. 对小车在不同气垫压力下的运动进行观察和记录。
实验结果：
1. 小车在气垫导轨上可以实现几乎无摩擦的运动，速度较大时仍然能够保持稳
定的运动状态。
2. 小车在气垫导轨上的运动速度与气垫压力呈正相关关系，压力越大，小车的
速度越快。
3. 在气垫导轨上进行的运动，具有较高的平稳性和精确性。
实验结论：
气垫导轨法是一种有效的减摩方法，能够实现物体在水平面上的稳定高速运动。
在实际应用中，气垫导轨可以用于制作高速列车、滑板等运动工具，也可以用
于实验室中进行物体运动的研究和测量。
通过本次实验，我们对气垫导轨的应
用和特点有了更深入的了解，为今后的实验和工程设计提供了有益的参考。
实验中也发现了一些问题和不足之处，比如气垫导轨的稳定性和耐用性需要进
一步改进和提高。
希望在未来的研究中，我们能够不断完善气垫导轨技术，使
其在工程领域中发挥更大的作用。
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实验二气垫导轨上
的实验
实验二 气垫导轨上的实验
气垫导轨是为消除摩擦而设计的力学实验的装置，来自气源的气在开有密集小孔的导轨表面产生一层气垫。
物体运动在气垫上，避免物体与导轨的直接接触，很大程度上减少了物体与导轨表面的摩擦。
利用气垫导轨可以进行许多力学实验，如测定速度、加速度，验证牛顿第二定律，动量守恒定律，研究简谐振动等。
【实验目的】
1、利用碰撞特例验证动量守恒定律。
2、学习使用气垫导轨和数字毫秒计。
【实验仪器】
实验装置如图1所示，主要由气源、气垫导轨、滑块（上面装有档光片）、光电计时系统（光电门、数字毫秒计）组成。
图1 气垫导轨实验示意图
实验室用“吹尘器”作气源。
气垫导轨简称气轨，是一条横截面为三角形的空芯轨道，轨道表面分布着许多小气孔。
气轨一头封闭，另一头装有进气嘴，气流从进气嘴流入，通过小气孔喷出，当滑块置于气垫之上时，滑块与轨道之间形成气垫，将滑块浮起，滑块的运动可视为是无摩擦的（气垫的两端装有缓冲弹簧，以免滑块冲出）。
整个导轨安置在矩形梁上，梁下有三个用来调节水平的底脚螺丝。
（3）滑块1m 、2m （1m ~22m ）是实验中相互碰撞的两物体，1m 、2m 滑块的内表面可与气轨密切配合；上部装有“凹”字形的档光片，1m 一端装有缓冲弹簧，另一端粘有尼龙搭扣，2m 一端粘有尼龙搭扣，另一端为光滑端。
（4）光电计时测速系统由光电门、数字毫秒计（包括滑块上的档光片）组成。
光电门是计时系统的信号接收装置，主要由安装在支架上的小聚光灯和光敏管组成，也有使用红外发光二极管和红外光敏三极管组成的光电门。
聚光灯
和光敏管对置于轨道两侧，工作时聚光灯发光，光敏管接收光电信号。
利用光敏管所接收的光照变化来控制毫秒计的“计”和“停”，实现计时。
光电计时器在本实验的工作特点是：光敏管第一次被遮光，开始计时，第二次被遮光，计时停止，故计时器记录的是两次遮光的时间间隔。
固连于滑块上的挡光片的有效部分为“凹”字形铝片，当挡光片随同滑块通过光电门时，就使光敏管受到两次遮光，从而使计时器记下一段时间t 与此段
图2 档光片运动示意图
于是滑块通过光电门的平均速度为
t
x
=υ （1）
x 不大，可将v 近似地视为瞬时速度。
本实验中，1m 、2m 上的挡光片的有效宽度分别为00.31=x cm 、00.12=x cm. 毫秒计的用法此处不再详述。
【实验原理】
二、速度与加速度
物体作直线运动时，如果在t ∆时间间隔内，通过的位移为x ∆，则物体在t ∆的时间间隔内的平均速度V 为：
t
x
V ∆∆=
（8） 当t ∆趋近于零时，平均速度的极限值就是该时刻（或是该位置）的瞬时速度。
当滑块在气垫导轨上运动时，通过测量滑块上的档光片经过光电门的档光时间t ∆与档光片的宽度x ∆（见图2），即可求出滑块在t ∆时间内的平均速度v 。
由于档光片宽度比较窄，可以把平均速度近似地看成滑块通过光电门的瞬时速度。
档光片愈窄，相应的t ∆就愈小，平均速度就更为准确地反映滑块在经过光电门位置时的瞬时速度。
本实验中，滑块上的U 型挡光片的宽度为
00.31=x cm ，条形挡光片的宽度为00.12=x cm
在水平气轨上的滑块，如果受到水平方向的恒力作用（这个恒力由加上质量为m 的重物来提供），则滑块在气轨上作匀加速度运动。
分别测量滑块通过两个光电门时的初速度V 1和末速度V 2，并测出两个光电门的间距S ，则滑块的加速度a 为：
S
V V a 22
1
22
-= （9） 又设重物的质量为M ，滑块的质量为m ，根据牛顿第二定律有：
Mg=（m+ M ）a （10）
则
()m M a
g M
+= （11）
【实验步骤】
二、速度、加速度的测量
1．检查光电门，使存储式数字毫秒计处于正常工作状态（电脑计时器的使用参看说明书）。
2．观察匀速直线运动——测量速度
轻轻推动滑块，观察滑块在气轨上的运动，包括和气轨两端的缓冲弹簧的碰撞情况。
分别记下滑块经过两个光电门时的速度V 1和V 2，试比较V 1和V 2的数值，若V 1和V 2之间的差别小于V 1（或V 2）的1％时，则导轨接近水平，此时可近似认为滑块作匀速直线运动；若V 1和V 2相差较大，可通过调节导轨底座螺钉使导轨水平。
熟悉测量滑块的速度。
3．气垫导轨调水平后，根据表2测量滑块在导轨上作匀速直线运动时任一位置处的瞬时速度V 。
4．加速度的测量
（1）在滑块的一端利用挂钩的丝线加上质量为m 的物体，让滑块在物体的重力作用下运动，记录滑块经过两光电门后计时器所显示的时间t 1、t 2或即时速度V 1、V 2(取决于电脑计时器的功能)，其中11/t x V ∆=，22/t x V ∆=（x ∆为挡光片的计时宽度）。
将数据记入表3中，则滑块运动的加速度a 可按式（9）计算。
（2）利用天平分别测出滑块与物体的质量，根据式（11）求重力加速度g 。
【数据记录与处理】
3．速度、加速度的测量数据记录表如下表2、表3。
表3 加速度的测量数据
【注意事项】
1.使用气垫导轨时，切勿频繁用手触碰导轨，以免加大导轨摩擦力。
2.进行测量时，应保证导轨先通气，再放滑块。
3.气泵勿长时间工作，容易发热而导致充气。
【思考题】
1、设毫秒计光电门性能正常，但滑块通过光电门时出现下列情况：①毫秒计不计时；②毫秒计计时不停，请问各是什么原因造成的。
2、你还能想出验证机械能守恒的其它方法吗？。