实验4－2 气垫导轨实验

气垫导轨是一种阻力极小的力学实验装置。它是利用气源将压缩空气打入导轨型腔，再由导轨表面上的小孔喷出气流，在导轨与滑行器之间形成很薄的气膜，将滑行器浮起，并使滑行器能在导轨上作近似无阻力的直线运动，利用气垫导轨可以观察和研究在近似无阻力的情况下物体的各种运动规律。极大地减少了力学实验中由于摩擦力而出现的较大误差，使实验结果接近理论值，实验现象更加真实、直观。

1．牛顿第二定律：F=ma。

2．动量守恒定律：当外力为零时，一物体系的总动量保持恒定。

两个在一直线上运动的物体，若它们的质量分别为m1和m2，在水平方向不受外力的情况下发生碰撞，碰撞前的运动速度为v1和v2，碰撞后的运动速度为v'1和v'2，则有：（请补公式图— YuXi 2007/05/16 20:21）。

气垫导轨是一种力学实验装置，由导轨、滑块和光电测量系统组成。

导轨（如图1所示）是一根固定在钢架上的三角形金属空腔管，在空腔管的侧面钻有数排等距离的小孔。空腔管的一端封闭，另一端通过塑料管与气泵相连。气泵将压缩空气送入空腔管后，再从小孔高速喷出。在导轨上安放滑块；在导轨下装有调节水平用的底脚螺丝和用于测量光电门位置的标尺。

滑块由角铁制成，其内表面可以与导轨的两个侧面密合。当气流从导轨上的小孔中高速喷出时，在滑块和导轨之间形成很薄的空气层，使滑块悬浮在导轨上，故此滑块可以在导轨上近似无摩擦的直线运动。滑块中部的上方水平安装着挡光片，与光电门和计数器相配合，测量滑块经过光电门的时间或速度。滑块上还可以安装配重块（即矩形金属片，用以改变滑块的质量）、弹性碰撞器（弹簧）、非弹性碰撞器（尼龙搭扣）等配件，用于完成不同的实验。

光电测量系统由光电门和MUJ－6B电脑通用计数器组成。其结构和测量原理如图2所示。当滑块从光电门旁经过时，安装其上方的挡光片穿过光电门，从发射器射出的红外光被挡光片遮住而无法照到接收器上，此时接收器产生一个脉冲信号。在滑块经过光电门旁的整个过程中，挡光片两次挡光，则接收器共产生两个脉冲信号，计数器将测出这两个脉冲信号之间的时间间隔t。如果预先确定了挡光片的宽度，即挡光片两翼的间距l，则可求得滑块经过光电门时的速度v=l/t。

MUJ－6B电脑通用计数器用5l系列单片机作为中央处理器，并编入了相应的数据处理程序，具备多组实验数据的记忆存储功能。从P1、P2两个光电门（光电门接在通用计数器背面的插座上）采集数据信号，经中央处理器处理后，在LED数码显示屏上显示出测量结果。主要的按键有：

（1）功能键：

多次按下功能键，选择要使用的功能。本实验主要使用“计时2（S2）”功能，即滑块经过P1和P2两光电门时，滑块上挡光片挡光的时间间隔t或滑块的速度v（视设定的单位而定）。
按下取数键，再按下功能键，仪器将清除之前所记录的测量结果。

（2）转换键：

按下转换键大于1秒，选择所用挡光片的宽度（1cm、3cm、5cm或10cm），在显示的宽度值与所用挡光片的宽度相同时，放开此键即可。每次开机时挡光片的宽度自动设定为1cm。（测量速度前，请确认所用挡光片的宽度与设定挡光片的宽度相等。）
在选择好“计时2”功能后，按下转换键（小于1秒），设定显示的测量结果是时间还是速度（相应的时间单位s或速度单位cm/s前的指示灯点亮）。