气垫导轨验证牛顿运动定律（一）

实验目的

验证质量一定时，物体的加速度与所受合力成正比。

实验原理

滑块在水平导轨上只受细线拉力的作用，摩擦可忽略，拉力即合力。遮光片宽度为d，通过两光电门的时间为Δt1、Δt2，则v1=d/Δt1，v2=d/Δt2，a=(v2²-v1²)/(2s)，s为两光电门间距。当钩码质量m远小于滑块质量M时，拉力T≈mg，故可研究a与F的关系。

实验器材

• 气垫导轨及气源
• 滑块（带遮光片）
• 光电门（两个）
• 数字计时器
• 细线与定滑轮
• 钩码若干
• 天平
• 游标卡尺

实验步骤

1. 用天平测滑块质量M，用游标卡尺测遮光片宽度d。
2. 接通气源，调节导轨底脚螺丝，使滑块放上后基本静止不动。
3. 细线一端系滑块，绕过定滑轮挂上钩码，记下钩码质量m。
4. 释放滑块，记录通过两光电门的时间，计算加速度a。
5. 保持M不变，逐次增加钩码（也可从滑块上移砝码），重复测量。
6. 以F=mg为横轴、a为纵轴作图，分析两者关系。

实验现象与结论

钩码越重，滑块通过两光电门的时间越短，加速度越大。a-F图像近似为过原点的直线，说明质量一定时，加速度与合力成正比。若钩码过重，不满足m远小于M，图线会向下弯曲。

注意事项

• 气源未开时不要推拉滑块，以免划伤导轨
• 滑块不要高速撞击导轨两端
• 钩码下落处放缓冲垫，避免砸脚

常见问题

用气垫导轨做这个实验为什么不用平衡摩擦力？

气膜使滑块与导轨几乎无接触，摩擦力可忽略，调平导轨后拉力就是合力，无需平衡摩擦力。

为什么要求钩码质量远小于滑块质量？

实际拉力T=Mmg/(M+m)，只有m远小于M时，T才近似等于mg，才能用mg代表合力。