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2、研究匀变速直线运动

实验仪器：数字计时器(J0201-CC)、气垫导轨(J2125)、小型气源(J2126)、滑快、挡光片(30mm)

实验目的：用气垫导轨比较精确地测定匀变速直线运动的即时速度和加速度。

实验原理：

物体(质点)过某点的即时速度等于物体经该点时足够小的位移(或足够小的时间)内的平均速度的极限值。实验中位移ΔS在可能条件下尽量取小。测出通过ΔS所用的时间Δt，则所求得的平均速度 就可认为近似等于过该点的即时速度。

若实验测得物体在匀变速直线运动中通过某两点时的即时速度，再测得物体通过两点所用的时间t可以用公式a＝ 求得其加速度。

教师操作：

(1)使气垫导轨倾斜约1°以下。两光电门分别放在位置A和A₁处，如图。滑行器置于A的右边，并在其上插上挡光片。把光电门接在计时器上。计时器拨到“计时Ⅱ”(S₂)挡。接通计时器电源。

(2)使小型气源工作，给导轨通气。让滑行器自由下滑。从计时器上读出滑行器经过AA₁的时间Δt₁，在标尺上读出AA₁之间的距离ΔS₁，求出滑行器在AA₁这段位移中的平均速度 。

(3)把A₁处的光电门移到A₂，A₃……，重复步骤2，分别测出对应的平均速度 ， ……实验时要注意每次都使滑行器从同一位置自由滑下。

(4)分析所得的实验数据可发现，平均速度随位移减小而减小并趋向某一极限(下表中数据仅供参考)。

(5)为了近似求得此平均速度的极限值，可将计时器拨在“计时Ⅰ”挡，让滑行器从上面实验中同一位置自由滑下通过A点，测出挡光条通过A点的时间Δt_A。挡光条的有效宽度ΔS_A=30mm(即L_有)，则可求得滑行器在挡光条遮光时间内运动的平均速度。它是在我们的装置中可能取到的过A点的最小位移内的平均速度，可近似认为是过A点时的平均速度的极限值，它接近滑行器过A点时的即时速度，见下表中最后一栏。

(6)让一个光电门仍置于A处，另一光电门重新移回A₁处。重复步骤(5)的操作。但此时要注意记下挡光条通过A的时间t_A以及通过A和A₁的总时间t，可得挡光条通过A₁的时间t₁＝t－t_A。根据挡光条的有效遮光宽度ΔS_A，分别求出滑行器通过A及A₁时的即时速度V_A＝ 和VA₁＝ 。利用步骤(2)所测得的时间Δt₁，可求得a＝ 。

3、测定匀变速直线运动的加速度(学生实验)

实验仪器：打点计时器、交流电源(电火花打点计时器—220V，电磁打点计时器—4～6V)、纸带、小车、轨道、细绳、钩码、刻度尺、导线

实验目的：

(1)掌握判断物体是否作匀变速直线运动的方法。

(2)测定匀变速直线运动的加速度。

纸带处理：

(1)“位移差”法判断运动情况，设相邻点之间的位移分别为s₁、s₂、s₃……

(A)若s₂-s₁=s₃-s₂=……=s_n-s_n-1=0，则物体做匀速直线运动。

(B)若s₂-s₁=s₃-s₂=……=s_n-s_n-1=Δs≠0，则物体做匀变速直线运动。

(2)“逐差法”求加速度

a₁= ，a₂= ，a₃= ，

然后取平均值，即a= 。

(3)“平均速度法”求速度

v_n= 。

(4)“图像法”求加速度

由v_n= ，求出无数个点的速度，画出v-t图像，直线的斜率即加速度。

学生操作：

(1)把附有滑轮的轨道放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面，把打点计时器固定在轨道没有滑轮一端，连接好电路；再把细绳拴在小车上，细绳跨过滑轮，下边挂上合适的钩码；把纸带穿过打点计时器，并把它的一端固定在小车的后面(若是电火花打点计时器，用两个纸带分别从上下两边穿过墨粉纸盘)。

(2)把小车停在靠近打点计时器处，接通电源后，放开小车，让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带上打下一系列的点，换上新纸带，重复三次。

(3)从三条纸袋中选择一条比较理想的纸带，舍掉开头比较密集的点，在后边便于测量的地方找一个开始点，并把每打五个点的时间作为时间的单位，即T=0.02×5=0.1s，在选好的开始点下面记作0，第六点作为计数点1，依次标出计数点2、3、4、5、6。两相邻计数点间的距离用刻度尺测出分别记作s₁、s₂……s₆。

(4)求出a的平均值，它就是小车做匀变速直线运动的加速度。

注意事项：

(1)要在钩码落地处放置软垫，防止撞坏钩码。

(2)小车的加速度宜适当大些，可以减小长度的测量误差，加速度大小以能在约50cm的纸带上清楚的取出7-8个计数点为宜。

(3)纸带运动时不要让纸带与打点计时器的限位孔摩擦。

(4)不要分段测量各段位移，应尽可能的一次测量完毕(可先统一量出到记数起点0之间的距离)。

2.3 自由落体运动 竖直上抛运动

1、阻力很小时不同物体同时下落

实验仪器：旋片式真空抽气泵(XZ)、牛顿管

教师演示：用抽气泵把牛顿管内空气抽出不同程度，观察铝片与羽毛的下落快慢。

实验结论：空气阻力很小时(接近于真空)，铝片与羽毛同时下落。

2、测重力加速度(1)

实验仪器：铁架台、铁质小球(直径2－2.5厘米)、数字计时器(J0201－CC)、光电门2个、米尺、学生电源、电磁铁

教师操作：

(1)按图将光电门A、B和电磁铁安装在铁架台上，调整它们的位置使三者在一条竖直线内。当电磁铁断电释放小球后，小球能顺利通过两个光电门

(2)将数字计时器通电并调整光电门，当光电门A光路被瞬间切断时，即开始计时；当光电门B的光路被瞬间切断时，则停止计时。再接通电磁铁电源吸住小球，开始实验。切断电磁铁电源，小球落下。此时计时器显示的时间即为小球做自由落体运动通过两光电门A、B的时间Δt，实验连续做三次，然后取平均值。

(3)用米尺测出从小球开始下落的位置到两个光电门中心的距离h₁、h₂，由公式h₁= gt₁²和h₂= gt₂²，

得Δt=t₂-t₁= - = ( - )

Δt²= ( - )²，g=

由此就可算出所测的重力加速度。

注意事项：

(1)用电磁铁释放小球的缺点是，当切断电流后，电磁铁的磁性消失需要一时间，铁球与电磁铁铁心可能有一些剩磁，都会使下落时间较实际值大，引起误差。因此，上面介绍的方法是测定小球通过两光电门之间距离所用的时间。避免了测定小球开始下落的时刻，这样就消除了上述误差。

(2)测量小球从开始下落的位置到两个光电门中心的距离h₁、h₂，应该是从小球下部球表面到两个光电门中心的距离。而不是小球中心到光电门中心的距离，因为光电门在小球下表面隔断光线时就立即开始计时。为了提高精度，光电门的光束应该调得较细，并适当增大两光电门A、B间的距离，使时间测量的相对误差减小。

3、测重力加速度(2)

实验仪器：铁架台、电磁打点计时器(J0203型)、米尺、重锤、夹子、学生电源

教师操作：(1)将铁架台放于水平桌的边沿，打点计时器固定于支架的下端并位于竖直平面内。支架底座上放一重物以保持支架的稳定。打点纸带上端穿过计时器的限位孔，并用夹子固定起来，下端通过夹子悬挂一重锤。

(2)接上电源，闭合开关。待打点计时器工作稳定后，放开上面的夹子让重锤带着纸带自由下落。这时计时器在纸带上打下了一系列点。重复实验，可得几条打点纸带。

(3)在纸带上选取5－6个点，分别求出打点计时器在打这几个点时，重锤下落的速度及对应的时刻，把乘出的结果在坐标纸上以t为横坐标，以v为纵坐标，画出各点。再根据这些点画直线，直线的斜率即为利用该纸带测出的重力加速度的值。然后利用另外几条纸带分别求出重力加速度的值，最后求出这些重力加速度值的平均值，即为该地区的重力加速度值。