利用气垫导轨验证牛顿第二定律
气垫导轨验证牛顿第二定律实验报告
气垫导轨验证牛顿第二定律实验报告
实验目的：
本次实验的目的是通过使用气垫导轨来验证牛顿第二定律，即力等于质量乘以加速度。
实验原理：
牛顿第二定律是经典力学中的基本定律之一，它表明物体的加速度与作用在物体上的力成正比，与物体的质量成反比。
即F=ma，其中F为作用在物体上的力，m为物体的质量，a为物体的加速度。
气垫导轨是一种利用气垫来减小摩擦力的导轨，它可以使物体在导轨上运动时减小摩擦力的影响，从而更加准确地测量物体的加速度。
实验步骤：
1. 将气垫导轨放置在水平面上，并将物体放置在导轨上。
2. 通过调节气垫导轨的气压，使物体在导轨上运动时减小摩擦力的影响。
3. 通过测量物体在导轨上的运动时间和距离，计算物体的加速度。
4. 通过测量物体的质量和施加在物体上的力，计算出力等于质量乘以加速度。
实验结果：
通过实验测量，我们得到了物体在气垫导轨上的运动时间和距离，以及物体的质量和施加在物体上的力。
通过计算，我们得到了物体的加速度，并验证了牛顿第二定律，即力等于质量乘以加速度。
结论：
本次实验通过使用气垫导轨来验证了牛顿第二定律，即力等于质量乘以加速度。
通过实验结果的验证，我们可以更加深入地理解牛顿第二定律的物理原理，并在实际应用中更加准确地测量物体的加速度。
验证牛顿第二定律—气垫导轨实验(一)
验证牛顿第二定律—气垫导轨实验(一)牛顿第二定律是牛顿三大定律之一，也称为“力的基本定律”。
它描述了物体的加速度与作用在它上面的力的关系，即 $F=ma$ （力等于质量乘以加速度）。
为了验证牛顿第二定律，我们可以通过气垫导轨实验来进行。
气垫导轨实验是一种相对简单的实验方法，它可以通过减少摩擦力来减小外部干扰，使我们更加精确地测量物体的加速度和力的关系。
实验装置包括一个平面气垫导轨和一组滑块。
在实验中，我们可以改变滑块的质量和加速度，并测量力和加速度的关系。
具体来说，实验流程如下：1. 首先，我们需要确定气垫导轨的长度和坡度。
导轨越长，物体的速度越大，导轨的坡度越大，物体在同样的初始位置上会更快地加速。
2. 然后，我们确定实验用的滑块的质量。
我们可以通过在滑块上加上不同的质量来改变滑块的重量，并在测量过程中记录滑块的质量。
3. 接下来，我们将滑块放在导轨的一端，对其进行一个恒定的初速度。
我们可以通过给滑块一个初始推力来实现初速度。
4. 在滑块运动的过程中，我们测量它在导轨上的运动距离和运动时间。
从而得出滑块的速度和加速度。
同时，我们还需要在导轨上放置一组测力仪，来测量物体所受的力。
5. 测量完成后，我们将数据记录下来，并通过绘制图表来分析它们之间的关系。
通过气垫导轨实验，我们可以验证牛顿第二定律的正确性。
实验结果通常与理论结果非常接近，这表明牛顿第二定律是不可否认的。
在实际应用中，我们可以使用牛顿第二定律来计算一些物理量，如动量和能量等，从而更好地理解和解释自然现象。
总之，气垫导轨实验是一种简单有效的实验方法，可以帮助我们验证牛顿第二定律的正确性，同时也可以让我们更加深入地理解力学和物理学的基本原理。
用气垫导轨验证牛顿第二定律
如果导轨没有完全调到水平,测得的a-F图线是什么样的?对验证牛顿第二定律有何影响?
当导轨完全水平时，测得的a-F图线是通过原点的倾斜直线，即表示a与F成正比。
而当导轨不完全水平时，测的的a-F图线有两种情况：
1、当实验中的滑块在外力作用下沿导轨向斜上方运动时，由于重力产生一个反方向向下拉的效果，使物体的加速度比水平时小，此时，a-F图线比完全水平时的图线靠下，即图线的倾角不变，但图线不通过原点了，而是与水平坐标轴有交点。
2、反过来，当外力使滑块沿导轨向斜下方运动时，重力使加速度增大，所以图线靠上，与竖直坐标轴有交点。
结论：当导轨不完全水平时，由于重力的影响，a与F不再成正比了，它们之间的关系是一次函数的关系，因此牛顿第二定律也将被改写了。
（F=Ma+k）常量k=mg.
验证牛顿第二定律的实验探究
在这个实验里面，我们知道重物（施加外力的物体）的重力要远远小于小车的重力，才能近似得看成物体所受合外力大小，请问这是为什么？。
《大学物理(一)》实验报告验证牛顿第二定律-气垫导轨实验(一)
在气垫导轨上相距一定距离S的两个位置处各放置一个光电门，分别测出滑块经过这两个位置时的速度v1和v2。对于匀加速直线运动问题，通过加速度、速度、位移及运动时间之间的关系，就可以实现加速度a的测量。
（1）由 测量加速度
在气垫导轨上滑块运动经过相隔一定距离的两个光电门时的速度分别为v1和v2，经过两个光电门之间的时间为t21，则加速度a为
大学物理交时间：2014年12月17日
一、实验目的
1．了解气垫导轨的构造和性能，熟悉气垫导轨的调节和使用方法。
2．了解光电计时系统的基本工作原理，学会用光电计时系统测量短暂时间的方法。
3．掌握在气垫导轨上测定速度、加速度的原理和方法。
4．从实验上验证F=ma的关系式，加深对牛顿第二定律的理解。
三、实验器材
气垫导轨、光电计时系统、滑块、砝码、质量块（铁块）等。
四、实验内容
1．调节气垫导轨和光电计时系统
调整气垫导轨水平，达到细调水平要求，即滑块往返一次 。调整光电计时系统处于正常工作状态。具体调节方法请参阅附录一和附录二。
2．验证物体系统总质量不变时加速度与合外力成正比
保证物体系统总质量不变，逐步增加砝码盘中砝码的质量，改变外力5次。每一外力下分别记录滑块经过两个光电门的时间 和 ，重复测量6次。
3．验证牛顿第二定律
牛顿第二定律所描述的内容，就是一个物体的加速度与其所受合外力成正比，与其本身质量成反比，且加速度的方向与合外力方向相同。数学表述为
F=ma（5）
为了研究牛顿第二定律，考虑如图1所示一个运动物体系统，系统由 （滑块）和 （砝码）两个物体组成，忽略空气阻力及气垫对滑块的粘滞力，不计滑轮和细线的质量等。
如果式（8）和式（10）均被验证，则式（7）即式（5）得到验证，也就是说，验证了牛顿第二定律。
牛顿第二定律的验证
牛顿第二定律的验证【实验目的】1. 熟悉气垫导轨的构造，掌握正确的调整方法。
2. 熟悉用光电测量系统测量短时间的方法。
3. 验证牛顿第二定律。
【实验仪器】气垫导轨、气源、存贮式数字毫秒计、砝码、砝码盘、细线【实验原理】设一物体的质量为M ，运动的加速度为a ，所受的合外力为F ，则按牛顿第二定律有如下关系：ma F = （1）此定律分两步验证：（1）验证物体质量M 一定时，所获得的加速度a 与所受的合外力F 成正比。
（2）验证物体所受合外力F 一定时，物体运动的质量M 与加速度a 成反比。
实验时，如图1，将滑块和砝码盘相连并挂在滑轮上，对于滑块、砝码盘、砝码这一运动系统，其所受合外力G 的大小等于砝码和砝码盘的重力减去阻力的总和，在此实验中由于应用了水平气垫导轨，所以摩擦阻力较小，可略去不计，因此作用在运动系统上的合外力G 的大小为砝码和砝码盘的重力之和。
图1 验证牛顿第二定律系统因此按牛顿第二定律：a m n n m m Ma g m n m G ])([)(22110220+++==+= （2）其中砝码盘的质量为m 0，加在砝码盘中砝码的质量为n 2m 2（每个砝码的质量为m 2，共加了n 2个），滑块的质量为m 1，加在滑块上砝码的质量为n 1m 2（共加了n 1个）。
则运动系统的总质量M 为上述各部分质量之和。
从(2)式看，由于各部分质量均可精确测量，因此只需精确测量出加速度a 即可验证牛顿第二定律。
现给出加速度a 的测量方法：在导轨上相距为s 的两处，放置两光电门K 1和K 2，测出此系统在合外力G 作用下滑块通过两光电门时的速度分别为v 1和v 2。
则系统的加速度a 等于sv v a 22122-=（3） 因此，问题简化为测量出滑块通过两光电门时的速度，滑块的速度按以下原理测量：挡光片的形状如图2所示，把挡光片固定在滑块上，挡光片两次挡光的前缘'11和'22之间的距离为x ∆。
气垫导轨实验 探究牛二资料
二、探究牛顿第二定律【实验目的】1．利用气垫导轨测定速度和加速度。
2．验证牛顿第二定律。
3．了解气垫导轨的构造，掌握它的调平方法。
【仪器简介】气垫导轨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。
1．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。
导轨是用一根平直、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。
滑块 图1 气垫导轨1) 数据显示窗口：显示测量数据、光电门故障信息等。
2）单位显示：[s]、[ms]、cm/s]、[cm/s 2]或不显示（计数时不显示单位）。
利用气垫导轨验证牛顿第二定律
实验四利用气垫导轨验证牛顿第二定律【实验目的】1．熟悉气垫导轨和MUJ-ⅢA电脑式数字毫秒计的使用方法。
2．学会测量滑块速度和加速度的方法。
3．研究力、质量和加速度之间的关系，通过测滑块加速度验证牛顿第二定律。
【实验原理】（一）仪器使用原理1．气垫导轨如图4-1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4-1 气垫导轨装置图2．MUJ-ⅢA电脑式数字毫秒计在用气垫导轨验证牛顿第二定律实验中，我们采用MUJ-ⅢA电脑式数字毫秒计测量时间。
利用它的测加速度程序，可以同时测量出滑块通过两个光电门的时间及滑块通过两个光电门之间的时间间隔。
使用计数器时，首先将电源开关打开（后板面），连续按功能键。
使得加速度功能旁的灯亮，气垫导轨通入压缩空气后，使装有两个挡光杆的滑块依次通过气垫导轨上的两个光电门计数器按下列顺序显示测量的时间：显示字符含义 单位1 通过第一个光电门的cm/s (亮)××·××速度2 通过第二个光电门的cm/s (亮)××·××速度1—2 在第一和第二个光电门之间运动的cm/s2 (亮)××·××加速度若不是要求的单位亮则按转换键即可显示要求的单位。
（二）验证牛顿第二定律实验原理验证性实验是在已知某一理论的条件下进行的。
所谓验证是指实验结果与理论结果的完全一致，这种一致实际上是实验装置、方法在误差范围内的一致。
由于实验条件和实验水平的限制，有时可以使实验结果与理论结果之差超出了实验误差的范围，因此验证性实验是属于难度很大的一类实验，要求具备较高的实验条件和实验水平。
实验三 验证牛顿第二定律
实验三 验证牛顿第二定律一、实验目的1、 进一步熟悉气垫导轨和电脑计时计数仪的调整和操作；2、 学习在低摩擦条件下研究力学问题的方法；3、 用气垫导轨验证牛顿第二定律。
二、实验仪器气垫导轨、滑块、U 型档光片、MUJJB-5型电脑计时计数仪、垫块等.三、实验原理1、瞬时速度的测量物体作直线运动，在t ∆时间内经过的位移为x ∆，则物体在t ∆时间内的平均速度txv ∆∆=，当t ∆0→，我们可得到瞬时速度 txv t ∆∆=→∆0lim。
但在实际测量中瞬时速度的测量是非常困难的。
在一定误差范围内，可以采用极短的t ∆内的平均速度近似地代替瞬时速度。
在气垫导轨实验中，在滑块上装上U 形挡光片，如图1所示。
当滑块在气轨上自左向右运动经过光电门时，挡光片A 的前缘11/ 遮挡光电门光源时，电脑通用计数器开始计时；挡光片B 的前缘22/ 遮挡光源时，电脑通用计数器停止计时；毫秒计测出挡光片距离L ∆通过光电门的时间t ∆，则可认为滑块通过光电门的瞬时速度为：tL v ∆∆=（1）愈小，测出的平均速度愈接近滑块在该处的瞬时速度。
2、加速度的测量L ∆图1 U 型档光片气轨上A 、B 处两个光电门之间的距离为s ，在单脚螺丝下面放高度为h 的垫块，如图2所示。
在忽略空气阻力的情况下，滑块在气轨上作匀加速直线运动。
由电脑通用计数器测出滑块通过两个光电门的时间1t ∆、2t ∆，可算出滑块在两个光电门处的瞬时速度1v 、2v ，通过两光电门的时间间隔t, 则加速度可利用关系式2计算得到。
由于电脑计数器有记忆运算功能，测量前只要输入档光片的宽度值就可直接测出滑块运动的速度、加速度值。
sv v a 22122-=或t v v a 12-= （2）图2 物体斜面下滑图3、气轨法测重力加速度如果空气摩擦的影响可以忽略不计，则所有落地的物体都将以同一加速度下落，这个加速度称为重力加速度g 。
将气轨一端单脚下加垫块成斜轨如图所示。
气垫导轨实验 探究牛二
二、探究牛顿第二定律【实验目的】1．利用气垫导轨测定速度和加速度。
2．验证牛顿第二定律。
3．了解气垫导轨的构造，掌握它的调平方法。
【仪器简介】气垫导轨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。
1．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。
导轨是用一根平直、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。
滑块 图1 气垫导轨1) 数据显示窗口：显示测量数据、光电门故障信息等。
2）单位显示：[s]、[ms]、cm/s]、[cm/s 2]或不显示（计数时不显示单位）。
1.在气垫导轨上验证牛顿第二定律
在气垫导轨上验证牛顿第二定律【实验目的及要求】1.熟悉气垫导轨和光电测速仪的调整与使用。
2.掌握利用测速仪测量加速度的方法。
3.学会用表格和作图来分析处理数据。
4.学会利用气垫导轨和测速仪来验证牛顿第二定律。
【实验原理】在匀变速直线运动中加速度为：a=（v22-v12）/2s牛顿第二定律：a=F/m【实验仪器】气垫导轨、气源、测速仪、滑块、钩码、细绳、刻度尺等【实验步骤】（一）在物体所受合外力不变的情况下，物体的加速度与质量的关系1.将气垫导轨安放在水平桌面上，并调节导轨使其处于水平；2.将两测速仪安装在导轨上，测出测速仪之间的距离（0.5m）；3.测出滑块的质量；4.用细绳连接滑块和钩码并跨过滑轮。
并把它们的质量和重力填入表格；5.松开滑块使其做匀加速直线运动，把速度填入表格并算出加速度；6.在滑块上加适当钩码，重复做3次；37.结论1：在合外力不变的情况下，物体的加速度与其质量成反比。
（二）在物体质量保持不变的条件下，物体的加速度与合外力的关系1.在滑块上放两个钩码，另一个钩码通过细绳与滑块连接，并跨过滑轮；2.把总质量和拉力（钩码的重力）填入表格中；3.松开滑块让其做匀加速直线运动，并把测速仪的数据填入表格，算出加速度；4.把滑块中钩码转移一个到细绳的另一端，和拉动的钩码合在一起，重复做3次；7.结论：当物体的质量保持不变的情况下，物体的加速度与合外力成正比。
【注意事项】1、松开滑块的位置要在第一个测速仪的前面一点，也不要太远；2、第一和第二个测速仪的位置距离不要太远，取0.5m比较适宜；3、做此实验拉力、加速度、速度都不要太大。
【误差分析】除了偶然误差因素外，测速仪会产生一点误差；它是取1cm的平均速度为它中间位置的速度；做实验时，会有空气阻力，这样会带来一些误差，所以，做此实验的速度不宜太大。
练习题：1、用气垫导轨做实验时，滑块的速度不宜太--------，因为速度越大，气体的阻力就越-------，实验误差就越-----------。
大学物理实验气垫导轨实验报告
气轨导轨上的实验——测量速度、加速度及验证牛顿第二运动定律一、实验目的1、学习气垫导轨和电脑计数器的使用方法。
2、在气垫导轨上测量物体的速度和加速度，并验证牛顿第二定律。
3、定性研究滑块在气轨上受到的粘滞阻力与滑块运动速度的关系。
二、实验仪器气垫导轨 (QG-5-1.5m)、气源（ DC-2B 型）、滑块、垫片、电脑计数器(MUJ-6B 型) 、电子天平（ YP1201 型）三、实验原理1、采用气垫技术，使被测物体“漂浮”在气垫导轨上，没有接触摩擦，只用气垫的粘滞阻力，从而使阻力大大减小，实验测量值接近于理论值，可以验证力学定律。
2、电脑计数器（数字毫秒计）与气垫导轨配合使用，使时间的测量精度大大提高（可以精确到 0.01ms），并且可以直接显示出速度和加速度大小。
3、速度的测量如图，设 U 型挡光条的宽度为x ，电脑计数器显示x出来的挡光时间为t ，则滑块在t 时间内的平均速度为v x；x 越小（t 越小），v就越接近该位置的即时速t度。
实验使用的挡光条的宽度远小于导轨的长度，故可将x视为滑块经过光电门时的即时速度，即v x 。
t t4、加速度的测量v将导轨垫成倾斜状，如右图示：两s2光电门分别位于 s1和 s2处，测出滑块经s1S过 s1、 s2处的速度 v1和 v2，以及通过距L h 离 s所用的时间t12，即可求出加速度：v2 v1v22v12a或 ast122速度和加速度的计算程序已编入到电脑计数器中，实验时也可通过按相应的功能和转换按钮，从电脑计数器上直接读出速度和加速度的大小。
5、牛顿第二定律得研究若不计阻力，则滑块所受的合外力就是下滑分力， F mg sin mg h。
假L定牛顿第二定律成立，有mg hma理论， a理论gh，将实验测得的 a 和 a理论进L L行比较，计算相对误差。
如果误差实在可允许的范围内（＜5％），即可认为a a理论，则验证了牛顿第二定律。
（本地 g 取 979.5cm/s2）6、定性研究滑块所受的粘滞阻力与滑块速度的关系实验时，滑块实际上要受到气垫和空气的粘滞阻力。
用气垫导轨验证牛顿第二定律实验系统误差的探讨
用气垫导轨验证牛顿第二定律实验系统误差的探讨
气垫导轨验证牛顿第二定律实验系统误差是一种有效的方法，它可以帮助我们更好地理解牛顿第二定律。
气垫导轨实验系统由气垫导轨、气垫、滑块、支撑架、滑轮等组成，它可以模拟物体在重力场中的运动。
气垫导轨实验系统的优点是，它可以模拟物体在重力场中的运动，并且可以更准确地测量物体的加速度。
气垫导轨实验系统的误差主要来源于气垫导轨的不稳定性，气垫的摩擦力，滑块的摩擦力，支撑架的不稳定性，滑轮的摩擦力等。
这些误差会影响实验结果的准确性，因此，在实验中，我们需要采取一些措施来减少这些误差。
首先，我们可以使用高精度的气垫导轨，以确保气垫导轨的稳定性。
其次，我们可以使用低摩擦力的气垫，以减少气垫的摩擦力。
此外，我们还可以使用低摩擦力的滑块，以减少滑块的摩擦力。
最后，我们可以使用稳定的支撑架和低摩擦力的滑轮，以减少支撑架和滑轮的摩擦力。
通过采取上述措施，我们可以有效地减少气垫导轨实验系统的误差，从而更准确地验证牛顿第二定律。
《大学物理(一)》实验报告验证牛顿第二定律-气垫导轨实验(一)
同样，实验时保持合外力F=m2g不变，改变系统总质量mi=m1i+m2，即逐次向滑块增加不同重量的质量块，测出系统相应的加速度ai。如果在实验误差允许的范围内式（11）成立，
（11）
则验证了F不变的情况下，a与m成反比。还可以利用上述a和m数据作a～ 关系图，若为直线，则可验证式（10），即a与m成反比。
（2）
根据式（2）即可计算出滑块的加速度。
（2）由 测量加速度
设v1和v2为滑块经过两个光电门的速度，S是两个光电门之间距离，则加速度a为
（3）
根据式（3）也可以计算出作匀加速直线运动滑块的加速度。
（3）由 测量加速度
还可以根据匀加速直线运动加速度a、位移S（S＝x－x0）及运动时间t之间的关系式 测量加速度。据此计算加速度有多种方法，其中一种方法是根据式（4）由作图法求出加速度。
图1 验证牛顿第二定律
调节气垫导轨水平后，将一定质量的砝码盘通过一细线经气垫导轨的滑轮与滑块相连。设滑块部分的质量为 ，滑块本身所受重力为 ，气垫对滑块的漂浮力为N，此二力相平衡，滑块在垂直方向受到的合外力为零。滑块在水平方向上受到细线的拉力，此力为重物作用于细线所产生的张力T，由于气垫导轨和滑块及细线所受的粘滞阻力及空气阻力忽略不计，则有
（6）
式中a为运动系统的加速度，根据式（6）有
（7）
在式（7）中，若令m=m1+m2表示运动物体系统的总质量，F=m2g表示物体系统在运动方向所受的合外力，则式（7）即为式（5）F=ma。根据式（7），验证牛顿第二定律可分为以下两步来完成。
（1）当系统总质量m保持不变时，加速度a应与合外力F成正比，比值为常数，即
如果式（8）和式（10）均被验证，则式（7）即式（5）得到验证，也就是说，验证了牛顿第二定律。
用“气轨”验证牛顿第二定律及动量守恒定律(基础教育)
实验二用“气轨”验证牛顿第二定律及动量守恒定律实验目的1．熟悉气轨的调整及光电计时器的使用；2．掌握一种验证牛顿第二定律及动量守恒定律的方法。
实验原理气轨是利用气垫原理进行力学实验的装置，如图1所示。
它的主体是一根平直、光滑的空心导轨，在导轨表面上均匀地打有许多规则排列的小气孔。
导轨上方放着作为实验研究对象的滑行物体——滑块，滑块下方的形状与导轨表面完全吻合。
当向导轨内腔注入压缩空气时，气流从导轨上的小孔中高速喷出，在滑块与导轨之间形成气膜将滑块浮起，使滑块在导轨上的运动避免了机械摩擦，而做近似于无摩擦的运动。
本实验采用光电计时器与气轨配套。
在导轨上装有光电门，滑块上装有挡光片，如图2所示。
当滑块通过光电门时，由于挡光片的切光作用，计数器上将显示出滑块通过挡光片的计时宽度d所用的时间。
1．加速度测量：如果滑块在气轨上做匀加速运动，分别测出滑块通过相距为S的两个光电门所用的时间t1、t2，则滑块通过两光电门的即时速度为：vdt11=，vdt22=①加速度为：d图2 挡光片调平螺钉导轨端盖滑轮架光电门挡光片滑块光电门进气孔图1 气垫导轨装置滑块滑轮调平螺钉端盖小钩砝码砝码盘a v vS=-22122 ② 2．验证牛顿第二定律：牛顿第二定律指明，物体的加速度与它所受的外力成正比，与它自身的质量成反比，并且加速度方向与外力方向相同。
即：F a =m a F=m③为了验证这个定律，在调平的气轨上作如下安排：将砝码盘用细线跨过滑轮与滑块的一端相连，此时滑块将在水平拉力F 的作用下作匀加速运动，如图3所示。
设滑块质量为M ，砝码盘及砝码质量为m ，如果忽略空气阻力，则根据牛顿第二定律：a m M m g =+ 或者a mg M m=+1 ④ 如果保持M +m 不变，逐次改变砝码质量，测得相应加速度满足mg a ∝，或者改变滑块上的配重块来改变滑块质量M （保持砝码质量不变）测得相应加速度满足mM a +∝1，则牛顿第二定律得以验证。
用气垫导轨验证牛顿第二定律需注意的事项
用气垫导轨验证牛顿第二定律需注意的事项
牛顿第二定律是经典物理力学的一个基本定律，描述了物体在受到力的作用下产生加
速度的关系。
在实验室中，可以使用气垫导轨来验证牛顿第二定律，并且需要注意以下一
些事项。
1. 气垫导轨的操作要规范。
气垫导轨通常采用气流支撑的方式，需要保持气压稳定、气流均匀。
试验前要检查气源、气路是否通畅，气垫导轨表面是否平整。
2. 牛顿第二定律的实验样品要注意选择。
实验样品要有一定的质量和表面平整度，
才能保证实验结果准确。
同时，实验时要使用一定数量的附加物体，以便动态平衡和重心
的控制。
3. 实验要使用高精度的测量仪器。
实验中需要测量弹丸的质量、速度、时间等参数，并要求测量仪器具有较高的精度和可靠性，以保证实验数据的准确。
4. 实验的数据处理要科学合理。
在数据处理过程中，需要注意界定实验误差和不确
定度，合理确定实验结果的有效数字和误差范围，同时要遵循科学实验的规范和原则。
5. 注意实验安全。
在实验过程中，要注意实验样品的安装和操作过程中的安全措施，如戴好防护眼镜、穿好实验服、佩戴手套等，以保证实验过程的安全和可靠性。
总之，使用气垫导轨验证牛顿第二定律的实验要做好各项工作，注意实验过程中的细节，保证实验结果的准确性和可靠性。
同时，也要根据实验结果进行分析和总结，以进一
步完善和发展牛顿第二定律所描述的物理规律。
利用气垫导轨验证牛顿第二定律[修订]
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实验四利用气垫导轨验证牛顿第二定律【实验目的】1．熟悉气垫导轨和MUJ-ⅢA电脑式数字毫秒计的使用方法。
2．学会测量滑块速度和加速度的方法。
3．研究力、质量和加速度之间的关系，通过测滑块加速度验证牛顿第二定律。
【实验原理】（一）仪器使用原理1．气垫导轨如图4-1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4-1 气垫导轨装置图2．MUJ-ⅢA电脑式数字毫秒计在用气垫导轨验证牛顿第二定律实验中，我们采用MUJ-ⅢA电脑式数字毫秒计测量时间。
利用它的测加速度程序，可以同时测量出滑块通过两个光电门的时间及滑块通过两个光电门之间的时间间隔。
使用计数器时，首先将电源开关打开（后板面），连续按功能键。
使得加速度功能旁的灯亮，气垫导轨通入压缩空气后，使装有两个挡光杆的滑块依次通过气垫导轨上的两个光电门计数器按下列顺序显示测量的时间：显示字符 含 义 单位1 通过第一个光电门的 cm/s (亮)××·×× 速度2 通过第二个光电门的 cm/s (亮)××·×× 速度1—2 在 第一和第二个光电门之间运动的 cm/s 2 (亮)××·×× 加速度若不是要求的单位亮则按转换键即可显示要求的单位。
（二） 验证牛顿第二定律实验原理验证性实验是在已知某一理论的条件下进行的。
所谓验证是指实验结果与理论结果的完全一致，这种一致实际上是实验装置、方法在误差范围内的一致。
由于实验条件和实验水平的限制，有时可以使实验结果与理论结果之差超出了实验误差的范围，因此验证性实验是属于难度很大的一类实验，要求具备较高的实验条件和实验水平。
验证牛顿第二定律—气垫导轨实验(一)
中国石油大学（华东）现代远程教育
实验报告
课程名称：大学物理(一)
实验名称：验证牛顿第二定律――气垫导轨
实验（一）
实验形式：在线模拟+现场实践
提交形式：提交书面实验报告
学生姓名：学号：
年级专业层次：
学习中心：
提交时间：年月日时间内的平均速度为
以用平均速度。
）由
）由测量加速度
）由
，作关系图线。
如果是直线，说明物体作匀加速运动，直线的斜率为
（滑块）和
设滑块部分的质量为，
（11）
～关系图，
隔，仔细调节底脚螺丝，使十分接近。
当导轨完全水平时，由于滑块与导轨间的粘滞阻力和滑块周围的空气阻力，使比
间隔和也应十分接近。
这时可认为导轨调平
别记录滑块经过两个光电门的时间和
次。
每一总质量下分别记录滑块经过两个光电门的时间和
加速度与系统质量关系
加速度与合外力关系。
验证牛顿第二定律—气垫导轨实验(一)
中国石油大学〔华东〕现代远程教育实验报告课程名称：大学物理(一)实验名称：验证牛顿第二定律――气垫导轨实验〔一〕实验形式：在线模拟+现场实践提交形式：提交书面实验报告学生某某：学号：年级专业层次：学习中心：提交时间：年月日一、实验目的1．了解气垫导轨的构造和性能，熟悉气垫导轨的调节和使用方法。
2．了解光电计时系统的根本工作原理，学会用光电计时系统测量短暂时间的方法。
3．掌握在气垫导轨上测定速度、加速度的原理和方法。
4．从实验上验证F=ma的关系式，加深对牛顿第二定律的理解。
5．掌握验证物理规律的根本实验方法。
二、实验原理1．速度的测量一个作直线运动的物体，如果在t~t+Δt时间内通过的位移为Δx〔x~x+Δx〕，如此该物体在Δt时间内的平均速度为，Δt越小，平均速度就越接近于t时刻的实际速度。
当Δt→0时，平均速度的极限值就是t时刻〔或x位置〕的瞬时速度〔1〕实际测量中，计时装置不可能记下Δt→0的时间来，因而直接用式〔1〕测量某点的速度就难以实现。
但在一定误差X围内，只要取很小的位移Δx，测量对应时间间隔Δt，就可以用平均速度近似代替t时刻到达x点的瞬时速度。
本实验中取Δx为定值〔约10mm〕，用光电计时系统测出通过Δx所需的极短时间Δt，较好地解决了瞬时速度的测量问题。
2．加速度的测量在气垫导轨上相距一定距离S的两个位置处各放置一个光电门，分别测出滑块经过这两个位置时的速度v1和v2。
对于匀加速直线运动问题，通过加速度、速度、位移与运动时间之间的关系，就可以实现加速度a的测量。
〔1〕由测量加速度在气垫导轨上滑块运动经过相隔一定距离的两个光电门时的速度分别为v1和v2，经过两个光电门之间的时间为t21，如此加速度a为〔2〕根据式〔2〕即可计算出滑块的加速度。
〔2〕由测量加速度设v1和v2为滑块经过两个光电门的速度，S是两个光电门之间距离，如此加速度a为〔3〕根据式〔3〕也可以计算出作匀加速直线运动滑块的加速度。
气垫导轨实验 探究牛二资料
二、探究牛顿第二定律【实验目的】1．利用气垫导轨测定速度和加速度。
2．验证牛顿第二定律。
3．了解气垫导轨的构造，掌握它的调平方法。
【仪器简介】气垫导轨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。
1．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。
导轨是用一根平直、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。
滑块 图1 气垫导轨1) 数据显示窗口：显示测量数据、光电门故障信息等。
2）单位显示：[s]、[ms]、cm/s]、[cm/s 2]或不显示（计数时不显示单位）。
大学物理实验一 牛顿第二定律的验证
实验一牛顿第二定律的验证一、实验目的1、熟悉气垫导轨的构造，学习正确的调整方法；2、进一步熟悉用光电计时系统测量短时间的方法，从而学会测物体运动的速度和加速度；3、验证牛顿第二定律。
二、实验仪器用具气垫导轨，数字毫秒计，两个光电门，滑块，砝码及砝码托盘，气源。
1、气垫导轨部件如图2-1所示，各部件如下：1）缓冲弹片，2）光电管与小聚光灯，3）光电门架，4）喷气小孔，5）挡光片，6）滑块，7）导轨，8）气垫滑轮，9）垫片，10）调平螺丝（横向），11）堵头，12）双头螺栓，13）座底，14）调平螺丝（纵向），15）进图2-1气嘴。
（1）导轨由长1.2~2米的三角形铝管制成，要求平直度较高，轨面经过精密加工，打磨平滑，两侧各有两排相互错开、等间隔、孔径为0.4~0.8mm的小孔，导轨一端封死，另一端装有进气嘴，压缩空气由这里进入管腔后，从小孔喷出。
导轨两端还装有缓冲弹簧，有的导轨一端有气垫滑轮。
整个导轨通过一系列直立的双头螺栓安装在工字钢梁制成的底座上，底座下面有三个底座螺钉可供调水平用。
（2）滑块由10~30cm长的角铝制成，内表面经过细磨，与导轨两个侧面精确吻合。
（3）计时装置由数字毫秒计与光电门组成，使用方法见实验3和实验4。
（4）气源一般小型气源使用吹尘器，要求气压稳定、流量适当、消音减振及空气滤清。
滑块以托起100μm~200μm为宜。
2、气垫工作原理滑块为什么能漂浮？是因为有“气垫效应”。
滑块与轨面都经过精细加工，可以很好地吻合。
当导轨中小孔喷出空气流后，在滑块与导轨之间形成一个薄空气层——气垫，在滑块边缘，不断有空气逸出，同时小孔又不断向气垫补充空气，使气垫得以维持存在。
这是一个简单的耗散结构。
我们可以近似地把气垫看成密闭气体，在其中应用帕斯卡定律，小孔中的压强等量地传递到气垫各处，由于滑块与气垫接触面积大，受到很大的压力（方向向上），所以被托起漂浮。
因此，滑块并不是被气流吹起来的，而是被气垫托起的。
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利用气垫导轨验证牛顿第二定律----医学院43210309 林敏【摘要】：气垫导轨是为研究无摩擦现象而设计的力学实验设备，在导轨表面分布着许多小孔，压缩空气从这些小孔中喷出，在导轨和滑块之间形成了月0.1mm 厚的空气层，即气垫，由于气垫的形成，滑块被托起，使滑块在气垫上作近似无摩擦的运动。
利用气垫导轨，再配以光电计时系统和其他辅助部件，可以对做直线运动的物体（即滑块）进行许多研究，如测定速度、加速度、验证牛顿第二定律，研究物体间的碰撞，研究简谐运动的规律等。
【Abstract】:Using the mattress guide, photoelectric timing system and other auxiliary parts.According to the object to do straight-line movement (i.e. the slider),we can do a lot of researches, such as measuring the velocity,acceleration and proving Newton's second law. In addition, it alsocan research object collisions, study the law of simple harmonicoscillator and so on.【关键词】气垫导轨、通用计数器、测速的试验方法、牛顿第二定律、控制变量法、导轨调平实验回顾【实验目的】1．熟悉气垫导轨和MUJ-613电脑式数字毫秒计的使用方法。
2．学会测量滑块速度和加速度的方法。
3．研究力、质量和加速度之间的关系，通过测滑块加速度验证牛顿第二定律。
【实验原理】（一）仪器使用原理1．气垫导轨如图4-1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4-1 气垫导轨装置图2．MUJ-613电脑式数字毫秒计在用气垫导轨验证牛顿第二定律实验中，我们采用MUJ-613电脑式数字毫秒计测量时间。
利用它的测加速度程序，可以同时测量出滑块通过两个光电门的时间及滑块通过两个光电门之间的时间间隔。
使用计数器时，首先将电源开关打开（后板面），连续按功能键。
使得加速度功能旁的灯亮，气垫导轨通入压缩空气后，使装有两个挡光杆的滑块依次通过气垫导轨上的两个光电门计数器按下列顺序显示测量的时间：显示字符含义 单位1 通过第一个光电门的速度 cm/s (亮)××·××2 通过第二个光电门的速度 cm/s (亮)××·××1—2 在第一和第二个光电门之间运动的加速度 cm/s2 (亮)××·××若不是要求的单位亮则按转换键即可显示要求的单位。
（二）验证牛顿第二定律实验原理验证性实验是在已知某一理论的条件下进行的。
所谓验证是指实验结果与理论结果的完全一致，这种一致实际上是实验装置、方法在误差范围内的一致。
由于实验条件和实验水平的限制，有时可以使实验结果与理论结果之差超出了实验误差的范围，因此验证性实验是属于难度很大的一类实验，要求具备较高的实验条件和实验水平。
本实验通过直接测量牛顿第二定律所涉及的各物理量的值，并研究它们之间的定量关系，进行直接验证。
1．速度的测量悬浮在水平气垫导轨上的滑块，当它所受合外力为零时，滑块将在导轨上静止或作匀速直线运动。
在滑块上装两个挡光杆如图4-2所示，当滑块通过某一个光电门时，第一个挡光杆挡住照在光电管上的光，计数器开始计时，当另一个挡光杆再次挡光时，计数器计时停止，这样计数器数字显示屏上就显示出两个挡光杆通过光电门的时间Δt 。
图4-2 滑块如果两个挡光杆轴线之间的距离为ΔL ，可以计算出滑块通过光电门的平均速度v 为：tL v ∆∆= （4-1）由于ΔL 比较小（1cm 左右），在ΔL 范围内滑块的速度变化很小，所以可把v 看做滑块经过光电门的瞬时速度。
2．加速度的测量在气垫导轨上，设置两个光电门，其间距为S 。
使受到水平恒力作用的滑块（做匀加速直线运动）依次通过这两个光电门，计数器可以显示出滑块分别通过这两个光电门的时间Δt 1、Δt 2及通过两光电门的时间间隔Δt 。
滑块滑过第一个光电门的初速度为v 1=1t L ∆∆，滑块滑过第二个光电门的末速度为v 2=2t L ∆∆，则滑块的加速度为：t v v a ∆-=12 或 Sv v a 22122-= （4-2）3．验证牛顿第二定律按照牛顿第二定律，对于一定质量M 的物体，其所受的合外力F合和物体获得的加速度a之间的关系如下：F 合=M a（4-3） 验证此定律可分为两步：（1）验证物体的质量M 一定时，其所受合外力F合和物体的加速度a 成正比；（2）验证合外力F 合一定时，物体的加速度a的大小和其质量M 成反比。
若实验中所用滑块质量为m 1，砝码盘和砝码的质量为m 2，则该系统的总质量M =m 1+m 2，该系统所受的合外力的大小F =m 2g ，则有：F =Ma （4-4）【实验仪器】气垫导轨，滑块，MUJ-613电脑式数字毫秒计，砝码。
【实验步骤】（一）调节光电计时系统将气垫导轨上的两个光电门引线接入MUJ-613电脑式数字毫秒计后面板的P1插口上，打开MUJ-613电脑式数字毫秒计电源开关。
将气垫导轨气源接通，及 P2用适当的力推动滑块一下，使它依次通过两个光电门，看MUJ-613电脑式数字毫秒计是否能正常记录时间，若不正常请检查挡光杆是否挡光及检查光电管照明是否充分。
（二）调节气垫导轨水平1．静态调平（粗调）调节导轨底脚螺丝使滑块在导轨上无定向的自然运动，也就是滑块能静止在导轨上，可以认为导轨被初步调平。
2．动态调平（细调）用适当的力推动滑块一下，使它依次通过两个光电门，要求滑块通过两个光电门的时间Δt1和Δt2相对差异小于1%。
否则应继续调节导轨底脚螺丝，直至达到要求。
（三）验证牛顿第二定律1．物体系的总质量M一定，验证外力与加速度成正比⑴在导轨上固定两个光电门，将线一端系在滑块上，另一端通过气垫滑轮与砝码盘相连。
在滑块上放置两个砝码，砝码盘上放一个砝码，砝码盘自身质量为5g。
滑块置于远离气垫滑轮的导轨另一端，由静止释放，在砝码盘及一个砝码所受重力作用下，滑块作匀加速直线运动，由计数器测量出加速度a1。
重复测量三次（注意：滑块释放的初始位置必须一致，靠近气垫滑轮的光电门安放位置要合适，防止滑块尚未通过此光电门而砝码盘已落到地面上）。
⑵将一个砝码从滑块上取下，放入砝码盘中，重复上述实验步骤，测出滑块加速度a2。
⑶再将滑块上的另一个砝码取下，也放入砝码盘中（盘中砝码总数为3个），仍然重复上述实验步骤，测出滑块加速度a3。
⑷记录m1，m2和M的值，计算出作用力F1、F2和F3（m2指砝码盘及盘中砝码的质量之和，M为滑块、砝码盘及盘中砝码的质量之和）。
2．物体系所受外力F一定，验证物体系的质量与加速度成反比⑴在砝码盘中放入一个砝码，测出在此作用力下，质量为m1的滑块运动的加速度a。
⑵保持砝码盘中的砝码不变（外力一定），将一质量为m1′的砝码放在质量为m1的滑块上，测出在此作用力下，滑块组运动的加速度a′。
⑶以上测量重复进行三次。
记录m2的值并求出物体系的总质量M和M′。
【数据处理】1.保持系统合外力F不变，改变系统总质量M，验证a&1/M，即Ma=F，两光电门之间距离S=50cm当光片宽度l=1cmM2：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+固定螺钉2只M3：M2+配重块2个M2=10.27g F=m2*g=0.1006N2.保持系统总质量不变，改变系统的合外力F的大笑，验证F正比于a两光电门之间距离s=50cm，挡光片宽度l=1cm【实验误差讨论】1.空气阻力的影响，滑块运动的过程中总会受到空气阻力的影响，无法到达理想状况。
2.做实验时温度气压等外在因素的影响，使得g的理论值不是那么准确3.验证牛顿第二定律时，砝码盘的质量因为不可直接放到天平上称量，可能不是那么准确4.实验存在系统误差和读书上的误差【实验优点】1.实验中采用气垫导轨大大减小了实验的摩擦误差，这样能够使实验数据更准确。
2.试验中分别从质量一定，控制力的大小和力的大小一定，质量改变做运动来实施实验，更加增加了实验的准确性和全面性。
【小结】做实验时，挡光片的选择需要根据第一组数据中的误差关系来选择。
实验过程中要讲究细心、耐心，千万不可心浮气躁，值得一提的是在气垫导轨调平的时候要仔细观察，分为粗调和细调使得滑块静止或者左右微微摆动，细调要使t1<t2.。
实验过后，需要掌握气垫导轨的调整与使用，通用计数器的基本功能与使用方法，气垫导轨上测速度和加速度的试验方法。
验证牛顿第二定律（选择合理的实验方案和数据处理方法验证物理定律，体会物理实验中需要严谨的作风和科学的方法）。