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
，电脑计数器显示
出来的挡光时间为
，则滑块在时间内的平均速度为
； 越小（越小），
就越接近该位置的即时速
度。实验使用的挡光条的宽度远小于导轨的长度，故可将
视为滑块经过光电门时的即时速度，即
。
4、加速度的测量
将导轨垫成倾斜状，如右图示：两
光电门分别位于
和
处，测出滑块经
过、处的速度
和
，以及通过距
离
所用的时间
，即可求出加速度：
或 
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，
。假定牛顿第二定律成立，有
，
，将实验测得的
和
进行比较，计算相对误差。如果误差实在可允许的范围内（＜5％），即可认为
，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。考虑阻力，滑块的动力学方程为
，
，比较不同倾斜状态下的平均阻力
与滑块的平均速度，可以定性得出f与v的关系。
四、实验内容与步骤
1、将气垫导轨调成水平状态
先“静态”调平（粗调），后“动态”调平（细调），“静态”调平应在工作区间范围内不同的位置上进行2~3次，“动态”调平时，当滑块被轻推以50cm/s左右的速度（挡光宽度1cm，挡光时间20ms左右）前进时，通过两光电门所用的时间之差只能为零点几毫秒，不能超过1毫秒，且左右来回的情况应基本相同。两光电门之间的距离一般应在50cm~70cm之间。
2、测滑块的速度
①气垫调平后，应将滑块先推向左运动，后推向右运动（先推向右运动，后推向左运动，或者让滑块自动弹回），作左右往返的测量；
②从电脑计数器上记录滑块从右向左或从左向右运动时通过两个光电门的时间
、
，然后按转换健，记录滑块通过两个光电门速度、，如此重复3次，将测得的实验数据计入表1，计算速度差值。
3、测量加速度，并验证牛顿第二定律
在导轨的单脚螺丝下垫2块垫片，让滑块从最高处由静止开始下滑，测出速度、和加速度
，重复4次，取。再添2块（或1块）垫片，重复测量4次。然后取下垫片，用游标卡尺测量两次所用垫片的高度h，用钢卷尺测量单脚螺丝到双脚螺丝连线的距离L。计算，进比较与，计算相对误差，写出实验结论。
五、注意事项
1、保持导轨和滑块清洁，不能碰砸。未通气时，不能将滑块放在导轨上滑动。实验结束时，先取下滑块，后关闭气源。
2、注意用电安全。
六、数据记录与处理
表1.动态调平实验数据
表2. 速度的测量（
）
表3. 加速度的测量
七、实验结论
1、关于牛顿第二定律的验证：……
2、关于滑块所受的气体阻力与滑块运动速度的关系：……
八、误差分析
1、若改变本实验的某一个条件（如改变下滑的初速度、滑块上附加重物、改变导轨的倾斜度），在不考虑阻力和考虑阻力两种情况下，它们会对加速度产生什么影响？
2、一般情况下，实验值比理论值
应该大些还是小些？
3、具体分析本实验产生误差的各种原因。
第二篇：气垫导轨阻尼常数的测量实验报告
气垫导轨阻尼常数的测量实验报告
姓名：谭伟 学号：2008213481 院系：物理学院
一、 实验目的
1、 掌握气垫导轨阻尼常数的测量方法，测量气垫导轨的阻尼常数；
2、 学习消除系统误差的试验方法;
3、 通过实验过程及结果分析影响阻尼常数的因数，掌握阻尼常数的物理意义。
二、 实验仪器
气垫导轨、滑块2个、挡光片、光电门一对、数字毫秒计数器、垫块、物理天平、游标卡尺.
三、 实验原理
1、含倾角误差
如图3，质量为m的滑块在倾角为
的气垫导轨上滑动。由气体的摩擦理论可知，滑块会受到空气对它的阻力，当速度不太大时，该力正比于速度v，即
。滑块的受力示意图如图所示，据牛顿第二定律有
（1）
设滑块经过k1和k2时的速度分别为v1和v2，经历的时间为t1，k1、k2之间的距离为s. 由以上关系易得
（2）
即： 
（
= 
） （3）
图1
2、不含倾角误差
为了消除b中的倾角，可再增加一个同样的方程，即让滑块在从k2返回到k1，对应的速度分别为v3和v4，经过时间t2返回过程受力图如图2
f=bv 
v
图2
同样由牛顿二定律有： 
（4）
由始末条件 可解得： 
（5）
由（2）式和（5）式可得： 
（6）
四、 实验步骤
1、打开电源，用抹布擦净气垫导轨，并连接好光电门与数字毫秒计数器；
2、调节水平。将一滑块在导轨上由静止释放，若滑块任静止，则导轨水平，否则则要调节调平螺母，使其水平；
3、调平后，选择一厚为h的垫块将导轨一端垫起，将两光电门固定在导轨上相距为s处，并选择数字毫秒计数器的记速功能；
4、将质量为m1的滑块从k1上方的某一位置释放，记下滑块次经过个光电门的速度v1、v2、v3、v4；
5、将数字毫秒计数器选择为计时功能，将质量为m1的滑块从4中的同一高度释放，使其下滑在反弹回来，并记下计时器的读数t1、t2:；
6、换另一质量为m2的滑块，重复步骤4、5；
7、用游标卡尺测出点快的高度h，用物理天平测两滑块的质量m1和m2。
五、 实验数据记录及处理
滑块一： m=241.59g h=1.445cm l=114cm s=50cm
代入公式（3）和（6）得：
滑块二：m=186.36g h=1.445cm l=114cm s=50cm
代入公式（3）和（6）得：
六、 相对误差及分析
两种测量方法产生的相对误差为： 
含倾角时由于很难测而且不易测准，所以会产生较大的相对误差，采用复测法测得的值相对较精确。
七、 实验分析讨论
1、实验前一定要将导轨调至水平状态，且确保导轨处于干净通气状态，对同一个滑块要保证每次释放时在同一高度；
2、滑块在导轨上运动时，虽然没有滑动摩擦阻力，但要受到粘性内摩擦阻力的作用，从而对滑块的运动产生一定的影响，造成附加的速度损失，从而影响实验结果。
3、复侧法可以通过解方程消去难测量，从而减少了系统误差。本实验采用的是在一次下滑中记录4次速度，这样可能会因后面的速度太小而影响实验的精确度，所以也可以采用两次取不同的s下滑，建立方程消去。