实验4 用气垫导轨测量速度和加速度
【实验目的】 熟悉气垫导轨的构造，掌握通用电脑计时器的使用方法。 学习在气垫导轨上测量速度和加速度的方法。 【实验仪器】 气垫导轨及附件 通用电脑计时器 气源 垫块
【实验原理】 将已经调平的气垫导轨的一端垫上一个厚度为h的垫块，就得到了一个比较理想的光滑斜面。滑块在倾斜导轨上的运动可视为匀变速直线运动（忽略了摩擦力和空气阻力）。 1.速度的测量 物体作直线运动时，其瞬时速度的定义为： = （4—1） 由于滑块上用来测量速度的挡光片总有一定宽度，所以当滑块不是作匀速运动时，我们不能按（4—1）式来测量出滑块的瞬时速度，只能得到滑块在一段时间内的平均速度： （4—2） 并以平均速度来代替瞬时速度。式中是滑块上挡光片的挡光距离。
加速度的测量 在气垫导轨上测量加速度依据的是匀变速直线运动的基本公式： v=v +at (4—3) a= （4—4） v =v +2as （4—5） （4—6） 其中v 和v分别为t=0 和 t=t时刻滑块的瞬时速度，s为滑块在t时间内的运动距离，即两个光电门之间的距离，a为滑块的加速度： a=g.sinθ=g. （4—7） 式中g时重力加速度，L是导轨下端单支脚到双支脚连线的垂直距离。
[实验内容] 1. 接通光电计时系统，计时器功能选择在位置。 2．接通气源，调节导轨呈水平状态。 先用静态调节法使导轨基本水平，然后从导轨一端给滑块一定的初速度（推一下滑块），用动态调节法使导轨处于水平状态。 3．测量速度和加速度。
[仪器简介] 图4－1为双排可调整式气垫导轨，其最大优点没变形后可重新调整。
图2－5－2为MUJ－4电脑通用数器前后面板示意图。 它是利用气源将压缩空气吹入导轨管腔，再由导轨表面上的小孔喷出气流，在导轨与滑块之间形成很薄的气膜将滑块浮起，使滑块能在导轨上作近似无阻力的直线运动，使实验结果更接近理论值。 导轨工作面和滑行器内表面有较好的光洁度，且二者精密吻合。使用前要用酒精擦拭干净。使用时要先通气，再把滑块放人气垫导轨上。严禁在未通气前就将滑块放在导轨工作面上滑动，以免擦伤导轨表面。使用完毕后，应先取下滑块，然后再关闭气源，注意不要用硬物碰伤导轨和滑块的工作面。 图2－5－2为MUJ－4电脑通用数器前后面板示意图。
功能转换键：用于七种功能的选择及对显示数据的取消或复位。先清零复位，后转换功能。 数值转换键：用于挡光片宽度设定及测量单位的转换。每次开机时，挡光片宽度自动设定为 l.0cm 时间自动设定为10个周期。当所用挡光片宽度与设定的挡光片宽度数值不相符时，可重新设定。在已存入实验数据的情况下，按住数值转换键不放，就可重新选择所需要的挡光片宽度，否则速度和加速度的数值将是错误的。新设定的数值将保留到关闭电源为止。 数值提取键：做完实验后，数据自动存入该键。当存储满后，实验数据不再存入，可用此键提出前几次实验值。取完数据后，可用功能复位健改变实验功能及改变挡光片设定宽度的方法实现复位清零。
[功能测量] 1.计时(s):测量P口或P口两次挡光时间间隔及滑块通过两光电门的速度。 (1)连接好光电门，功能设定在计时状态。 (2)让带有U型挡光片的滑块通过光电门，即可显示需要测量数据。 2．加速度(a)：测量滑决通过每个光电门的速度和通过相邻光电门的时间或这段路程的加速度。 (1)功能设定在加速度状态。 （2）在使用两个光电门的情况下，让带U型档光片的滑块通过光电门，计数器将循环显示下列数据： 1 第一个光电门； × × × × × 第一个光电门测量值 2 第二个光电门； × × × × × 第二个光电门测量值； 1—2 第一至第二光电门； × × × × × 第一至第二光电门测量值
3．碰撞（S）：将P和P各接一只光电门。 （1）设定碰撞功能。 （2）使两只带U型档光片的滑块相撞，计数器将显示下列数据： P1.1 P口光电门第一次通过； × × × × × P口光电门第一次测量数据; P1.2 P口光电门第二次通过； × × × × × P口光电门第二次测量数据; P2.1 P口光电门第一次通过； P2.2 P口光电门第二次通过； × × × × × P口光电门第二次测量数据。 注意：未被挡光的那一次将被省略。
4．周期（T）：测量简谐运动1～100周期的时间。 （1）设定周期功能。 （2）按住应数值转换键，确定所需周期数。 （3）在滑块上安装挡光片，使滑决做简谐运动，当达到设定的 周期数时，将自动显示总时间。 5．计数（J）：测量遮光次数。 6．测频：可测正弦波、方波、三角波及调幅波，由测频输入口 输入。 7．电周期：与测频相同。
［思考题］ 多用几种方法测量计算并进行比较。 由于滑块挡光距离不等零，实验测出的实际是平均速度，你能设计一个测量瞬时速度的方法吗？