研究匀变速直线运动

【目的和要求】

　　学习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。

【仪器和器材】

　　气垫导轨（J2125型或J2125－1型），数字计时器（J0201－1型），小型气源（J2126型或J2126－1型）。

【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＝（V_t－V₀）／t求得其加速度。

【实验方法】

　　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2．16。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）挡和10ms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（见下表）。

　　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”挡和10ms挡（也可用1ms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。测出挡光条的有效宽度ΔS_A（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＝ΔS_A／t_A和VA₁＝ΔS_A／t_A1。利用步骤2所测得的时间Δt₁，可求得a＝（V_A1－V_A）Δt₁。

【思考题】

　　能否利用公式a＝（V_t²－V₀²）/2s，通过上述实验求得物体的加速度？简述其测定方法。