气垫导轨验证动能定理

实验目的

验证合外力做的功等于物体动能的变化量（动能定理）。

实验原理

导轨通气后摩擦近似为零。取滑块和钩码整体，合外力做功为 mgs。滑块经过两光电门的速度分别为 v1 = d/Δt1、v2 = d/Δt2（d 为挡光片宽度）。验证 mgs = ½(M+m)(v2² - v1²)，M 为滑块质量，m 为钩码质量，s 为两光电门间距。

实验器材

• 气垫导轨及气源
• 滑块
• 挡光片
• 两个光电门
• 数字计时器
• 钩码、细线和滑轮
• 天平
• 游标卡尺、刻度尺

实验步骤

1. 通气后调节导轨水平，轻推滑块应基本做匀速运动
2. 测 M、m、挡光片宽度 d 和两光电门间距 s
3. 钩码通过细线连接滑块，释放，记录两次挡光时间
4. 算出 v1、v2，分别计算 mgs 和动能增加量
5. 改变钩码质量或光电门间距，重复实验并比较

实验现象与结论

在误差范围内，mgs 与 ½(M+m)(v2² - v1²) 相等，说明合外力做的功等于动能的变化量，动能定理成立。误差主要来自残余阻力、导轨不够水平以及用平均速度代替瞬时速度。

注意事项

• 先通气再放滑块，禁止无气时在导轨上滑动
• 滑块不要撞击导轨端点
• 导轨气孔和滑块表面保持清洁

常见问题

为什么用气垫导轨做这个实验？

导轨通气后滑块悬浮，摩擦力很小，合外力近似等于钩码的重力，实验误差小。

实验误差主要来自哪里？

主要来自导轨未完全水平、空气阻力、滑轮摩擦，以及用挡光的平均速度代替瞬时速度。