气垫导轨实验 机械能
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8．计算出。 【测量记录和数据处理】
实验次 1
2
3
4
5
平均值
数
％ ％ 【注意事项】 1．接通气源即有气流输出，泵的出气压力可用选钮调节，请尽量使 用低挡位输出，则不仅可以减少噪音、降低功率损耗和出气温度，而且 可延长电机寿命。 2．因泵内电机所发热量全靠输出气流带走，故不仅必须保证进气孔 上无脏物，亦要保证所用气轨出气畅通，出气温度须小于60℃。 3．准备好实验后再开气源，尽量缩短气泵连续工作时间。 4．导轨工作面和滑行器内表面不要用手触摸。 5．严禁在未通气的情况下将滑行器放在导轨工作面上滑动，以免划 伤导轨表面。 【思考题】
用气垫导轨验证机械能守恒定律
【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】 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。
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。
图3 光电门
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。 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/s2]或不显示（计数时不显示单
位）。 3）功能选择指示：C—计数 a—加速度 S1—遮光计时 g—重力加 速度
S2—间隔计时 Col—碰撞 T—振子周期 Sgl—时 标 4）【功能】键：功能选择。 5）【清零】键：清除所有实验数据。 6）【停止】键：停止测量，进入循环显示数据或锁存显示数据。 7）【6V/同步】：与J04217自由落体试验仪或J04227斜槽轨道配合使 用。 1号光电门输入插座、2号光电门输入插座及电源开关在仪器的后板上。
1． 如何鉴别气垫导பைடு நூலகம்已经调平？
2．滑行器势能的减少值并不完全等于滑行器动能的增加值，试分析 产生误差的原因？
测试原理 晶体振荡器可以产生频率稳定在104HZ的矩形脉冲。数字显示电路的 作用是记录进入该电路的矩形脉冲数目，并用数码管显示此矩形脉冲的 累计数。控制电路在光电门和光电开关的作用下产生控制脉冲，在控制 脉冲的作用下，电子开关能自动接通或断开晶体振荡器到计数显示电路 的电信号通路。 实验过程中，在导轨上从左向右滑动的滑行器上装有挡光框（在滑 行器上装挡光框时，重心应在滑行器中心），挡光框上有两个挡光区： 挡光区1和挡光区2，如图3所示。当挡光区1的右侧边缘遮挡由聚光灯射 向光敏管的光线时，光敏管阻值变化，经光电开关将此输入控制电路， 控制电路产生一个控制脉冲使电子开关接通，计时电路开始记录由晶体 振荡器输入的矩形脉冲数目。当挡光区2的右侧边缘遮挡由聚光灯射向 光敏管的光线时，控制电路产生第二个脉冲，电子开关立即断开晶体振 荡器计时电路的通路，计时停止。这时数码管上显示的数字即为两次挡 光之间的时间内进入计时电路的矩形脉冲累计数，设此数为N。由于矩 形脉冲的频率为104HZ，故周期为10-4s，所以通过N个脉冲的时间。 如：脉冲累计数为8536，则
为（静止释放点）和（速度测量点）处导轨的高度差，此值不便直 接测量，由图4中两个相似三角形可得
通过测量、AB的长度（使用导轨侧面的米尺）及垫块的高度h（使 用游标卡尺），间接测出高度。 2．的测量
滑行器上距离挡光边缘经过处光电门时使用的时间为，我们用内的 平均速度来近似代替滑行器经过处的速度，所以 【实验步骤】 1．调平气垫导轨。应将气垫导轨的纵横两个方向都调平。横向调平时 细心调节双脚螺旋B中的一个螺旋的升降，直到滑行器与导轨两测的间 隙相等为止（已由实验室调好）。纵向调平时，调节单脚螺旋A的升 降，先粗调，后细调。 （1）粗调：打开气源，使滑行器浮起，将滑行器先后放在导轨左端和 右端，由静止释放，观察其是否向左右自行滑动，若向某个方向滑动， 就表明导轨未调平，该方向低。细心调节单脚螺旋的升降，直到滑行器 基本上可以静止在导轨上任意位置为止。 （2）细调：细调采用单向动调法，接通J0201—CHJ存储式数字毫秒计 的电源，选择功能为间隔计时，将两光电门置于导轨左右两端距端点约 30.00㎝处，然后，将滑行器拉止左端，用手向右轻推，使滑行器以中等 速度（30-60㎝/s，时间显示为117.00-233.0ms）滑行，数字毫秒计测 量出△x经过光电门1和光电门2所用的时间△t1和△t2，反复细心调节单 脚螺旋A，使△t1=△t2。由于气垫的粘滞力和空气阻力等影响，滑行器 通过两光电门的时间很难完全相等。如果
。 △t也就是滑行器上两个挡光区右侧边缘之间的距离（）通过光电门时 所用的时间。
【实验原理】 机械能守恒定律：物体在运动过程中，只有保守力做功，则物体的 机械能守恒，即：E1=E2。
气垫导轨调平后，在A垫脚旋钮（单脚）下垫上高度为h的垫块，使 滑行器由处静止滑下，到达处时速度。由于采用了气垫导轨作为滑坡， 滑行器与斜坡的摩擦阻力很小，可以认为滑行器在运动过程中只有重力 做功，而重力为保守力，故机械能守恒，即 ，我们用相对误差E来表示 实验的优劣： 1．的测量
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。
滑行器
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。
＜2％ 这时，就可以认为气垫导轨已经处于水平状态。 2．测量A′和B′之间的距离A′B′ 气垫导轨调平后，在单脚螺旋A下垫一块垫块。将滑行器拉到导轨左 端A′处，记录滑行器正中间处的标尺读数（25.00㎝左右）。此时，只需 要右端光电门。记录光电门所附箭头处的标尺读数（110.00㎝左右）。
则。 3．使滑行器从A′处静止状态滑下，测出滑行器经过B′处光电门所用的 时间△t1。重复5次，求。 4．用游标卡尺测出垫块高度，沿不同方位测量5次，求出。 5．在单脚螺旋A下垫两块垫块，重复步骤3，求出。 6．重复步骤4，求出。 7．用游标卡尺测出两个挡光区之间距离△x，在不同部位测量5次，求 出。
实验次 1
2
3
4
5
平均值
数
％ ％ 【注意事项】 1．接通气源即有气流输出，泵的出气压力可用选钮调节，请尽量使 用低挡位输出，则不仅可以减少噪音、降低功率损耗和出气温度，而且 可延长电机寿命。 2．因泵内电机所发热量全靠输出气流带走，故不仅必须保证进气孔 上无脏物，亦要保证所用气轨出气畅通，出气温度须小于60℃。 3．准备好实验后再开气源，尽量缩短气泵连续工作时间。 4．导轨工作面和滑行器内表面不要用手触摸。 5．严禁在未通气的情况下将滑行器放在导轨工作面上滑动，以免划 伤导轨表面。 【思考题】
用气垫导轨验证机械能守恒定律
【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】 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。
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。
图3 光电门
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。 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/s2]或不显示（计数时不显示单
位）。 3）功能选择指示：C—计数 a—加速度 S1—遮光计时 g—重力加 速度
S2—间隔计时 Col—碰撞 T—振子周期 Sgl—时 标 4）【功能】键：功能选择。 5）【清零】键：清除所有实验数据。 6）【停止】键：停止测量，进入循环显示数据或锁存显示数据。 7）【6V/同步】：与J04217自由落体试验仪或J04227斜槽轨道配合使 用。 1号光电门输入插座、2号光电门输入插座及电源开关在仪器的后板上。
1． 如何鉴别气垫导பைடு நூலகம்已经调平？
2．滑行器势能的减少值并不完全等于滑行器动能的增加值，试分析 产生误差的原因？
测试原理 晶体振荡器可以产生频率稳定在104HZ的矩形脉冲。数字显示电路的 作用是记录进入该电路的矩形脉冲数目，并用数码管显示此矩形脉冲的 累计数。控制电路在光电门和光电开关的作用下产生控制脉冲，在控制 脉冲的作用下，电子开关能自动接通或断开晶体振荡器到计数显示电路 的电信号通路。 实验过程中，在导轨上从左向右滑动的滑行器上装有挡光框（在滑 行器上装挡光框时，重心应在滑行器中心），挡光框上有两个挡光区： 挡光区1和挡光区2，如图3所示。当挡光区1的右侧边缘遮挡由聚光灯射 向光敏管的光线时，光敏管阻值变化，经光电开关将此输入控制电路， 控制电路产生一个控制脉冲使电子开关接通，计时电路开始记录由晶体 振荡器输入的矩形脉冲数目。当挡光区2的右侧边缘遮挡由聚光灯射向 光敏管的光线时，控制电路产生第二个脉冲，电子开关立即断开晶体振 荡器计时电路的通路，计时停止。这时数码管上显示的数字即为两次挡 光之间的时间内进入计时电路的矩形脉冲累计数，设此数为N。由于矩 形脉冲的频率为104HZ，故周期为10-4s，所以通过N个脉冲的时间。 如：脉冲累计数为8536，则
为（静止释放点）和（速度测量点）处导轨的高度差，此值不便直 接测量，由图4中两个相似三角形可得
通过测量、AB的长度（使用导轨侧面的米尺）及垫块的高度h（使 用游标卡尺），间接测出高度。 2．的测量
滑行器上距离挡光边缘经过处光电门时使用的时间为，我们用内的 平均速度来近似代替滑行器经过处的速度，所以 【实验步骤】 1．调平气垫导轨。应将气垫导轨的纵横两个方向都调平。横向调平时 细心调节双脚螺旋B中的一个螺旋的升降，直到滑行器与导轨两测的间 隙相等为止（已由实验室调好）。纵向调平时，调节单脚螺旋A的升 降，先粗调，后细调。 （1）粗调：打开气源，使滑行器浮起，将滑行器先后放在导轨左端和 右端，由静止释放，观察其是否向左右自行滑动，若向某个方向滑动， 就表明导轨未调平，该方向低。细心调节单脚螺旋的升降，直到滑行器 基本上可以静止在导轨上任意位置为止。 （2）细调：细调采用单向动调法，接通J0201—CHJ存储式数字毫秒计 的电源，选择功能为间隔计时，将两光电门置于导轨左右两端距端点约 30.00㎝处，然后，将滑行器拉止左端，用手向右轻推，使滑行器以中等 速度（30-60㎝/s，时间显示为117.00-233.0ms）滑行，数字毫秒计测 量出△x经过光电门1和光电门2所用的时间△t1和△t2，反复细心调节单 脚螺旋A，使△t1=△t2。由于气垫的粘滞力和空气阻力等影响，滑行器 通过两光电门的时间很难完全相等。如果
。 △t也就是滑行器上两个挡光区右侧边缘之间的距离（）通过光电门时 所用的时间。
【实验原理】 机械能守恒定律：物体在运动过程中，只有保守力做功，则物体的 机械能守恒，即：E1=E2。
气垫导轨调平后，在A垫脚旋钮（单脚）下垫上高度为h的垫块，使 滑行器由处静止滑下，到达处时速度。由于采用了气垫导轨作为滑坡， 滑行器与斜坡的摩擦阻力很小，可以认为滑行器在运动过程中只有重力 做功，而重力为保守力，故机械能守恒，即 ，我们用相对误差E来表示 实验的优劣： 1．的测量
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。
滑行器
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。
＜2％ 这时，就可以认为气垫导轨已经处于水平状态。 2．测量A′和B′之间的距离A′B′ 气垫导轨调平后，在单脚螺旋A下垫一块垫块。将滑行器拉到导轨左 端A′处，记录滑行器正中间处的标尺读数（25.00㎝左右）。此时，只需 要右端光电门。记录光电门所附箭头处的标尺读数（110.00㎝左右）。
则。 3．使滑行器从A′处静止状态滑下，测出滑行器经过B′处光电门所用的 时间△t1。重复5次，求。 4．用游标卡尺测出垫块高度，沿不同方位测量5次，求出。 5．在单脚螺旋A下垫两块垫块，重复步骤3，求出。 6．重复步骤4，求出。 7．用游标卡尺测出两个挡光区之间距离△x，在不同部位测量5次，求 出。