实验三 气垫导轨上的一维运动 【实验目的】 1.研究气垫导轨上物体的一维运动。 2.学习用Videocom!照相机测量物体运动的原理和方法。 3.掌握计算机辅助数据采集和处理系统的原理和使用方法。 【实验原理】 Videocom是专门与计算机连接而设计的专用照相机。通过使用单线CCD,Videocom为 计算机采集数据。该设备能高精度地记录物体的线性运动。 要记录一个或多个实验物体的线性运动，需要在物体上贴上反光箔。Videocom相机通 过识别来自LED闪光照射在反光箔的反射光，并通过测量来自背景反射光的强度来识别入 射光，从而确定箔的位置。实验中Videocomi通过一维运动物体上反光箔的反光来确定物体 的位置和移动，然后计算出物体的速度、加速度和其它相关的物理量。 在物理实验中，由于摩擦的存在，导致误差往往很大，甚至使某些力学实验无法进 行。采用气垫导轨等装置，可使这一问题得以解决。滑块在导轨上运动时，由于气垫的漂 浮作用，滑块与导轨面实际上不发生直接接触，这就大大减少了运动时的摩擦阻力，从而 可以对许多力学现象和过程作较精确的定量研究。 在测量前必须对系统进行定标。所谓定标是指校正象素间距”。即使物体实际移动1米 时，物体的象在屏幕标尺上移动1000格。 线性化可以进一步提高测量精度，线性化的方法是对两个相同的小车同时进行试验测 量，被测的小车应通过整个导轨，软件从两个小车测量差值自动计算确定修正值。线性化 后应重新进行校正。 实验实际测量的数据是S(t),软件缺省计算出并显示V(t)和a(t),利用公式标签可 以计算和显示感兴趣的物理量，例如：P(t)=mv1+2v2是系统线动量，利用P(t)即可验证 动量守恒定律。图(1)是实验装置图。 图(1)气垫导轨实验装置
7 实验三 气垫导轨上的一维运动 【实验目的】 1. 研究气垫导轨上物体的一维运动。 2. 学习用Videocom照相机测量物体运动的原理和方法。 3. 掌握计算机辅助数据采集和处理系统的原理和使用方法。 【实验原理】 Videocom是专门与计算机连接而设计的专用照相机。通过使用单线CCD，Videocom为 计算机采集数据。该设备能高精度地记录物体的线性运动。 要记录一个或多个实验物体的线性运动，需要在物体上贴上反光箔。Videocom相机通 过识别来自LED闪光照射在反光箔的反射光，并通过测量来自背景反射光的强度来识别入 射光，从而确定箔的位置。实验中Videocom通过一维运动物体上反光箔的反光来确定物体 的位置和移动，然后计算出物体的速度、加速度和其它相关的物理量。 在物理实验中，由于摩擦的存在，导致误差往往很大，甚至使某些力学实验无法进 行。采用气垫导轨等装置，可使这一问题得以解决。滑块在导轨上运动时，由于气垫的漂 浮作用，滑块与导轨面实际上不发生直接接触，这就大大减少了运动时的摩擦阻力，从而 可以对许多力学现象和过程作较精确的定量研究。 在测量前必须对系统进行定标。所谓定标是指“校正象素间距”。即使物体实际移动1米 时，物体的象在屏幕标尺上移动1000格。 线性化可以进一步提高测量精度，线性化的方法是对两个相同的小车同时进行试验测 量，被测的小车应通过整个导轨，软件从两个小车测量差值自动计算确定修正值。线性化 后应重新进行校正。 实验实际测量的数据是S（t），软件缺省计算出并显示V(t)和a(t)，利用公式标签可 以计算和显示感兴趣的物理量，例如：P(t)=m1v1+ m2v2是系统线动量，利用P(t)即可验证 动量守恒定律。图（1）是实验装置图。 图（1）气垫导轨实验装置
【供选择的研究课题】 1.验证牛顿第一和第二定律。 2.匀加速运动的研究。 3.匀加速物体动能的测量。 4.验证牛顿第三定律。 5.研究物体二体碰撞，验证动量守恒。 【实验仪器】 Video照相机，编号33747：气垫导轨，编号33750：空气压缩机：插入式12v电源，编 号562791：滑块：实验附件：导轨支架，编号33745：照相机三角架，编号30059：功率控 制器，编号667823：导线：计算机数据采集和处理系统。 【实验提示】 1.阅读实验指导书或参考实验报告，了解实验的一般要求和基本过程。 2.阅读实验有关仪器的使用说明书。 3.打开计算机，点击Videocom图标打开软件，阅读帮助文件和气垫导轨实验介绍。 4.完成系统的定标。具体步骤如下： (1)将照相机置于约两倍于导轨长度的位置。 (2)利用水平仪使照相机水平。 (3)在导轨上放二个相距一米的滑块。 (4)调整装置使两个反射装置清楚地显示在显示器中。 (5)调整照相机位置，使显示器中两个象之间距离为1米。 5.在C:Data文件夹打开已有的实验文件，了解实验参数的设置和实验数据显示的 情况。 6.在C:\StuData文件夹建立实验小组私用文件夹（以学号命名）。实验文件编号存 入实验小组私用文件夹，并建立一个以学生姓名命名的文本文件，用以记录有关的实验信 息。 7.选择设置图标，设置参数。图(2)是实验参数设置示意图。 ☒ b8&回公 00 1=35 4u 3000 w.C 习 GVaSuad/SeKa ▣ CANe ElpTet.D 澳开二☑ac⑦8u1-2事到，.1到·财3岁国还拉转 图(2)实验参数设置示意图
8 【供选择的研究课题】 1. 验证牛顿第一和第二定律。 2. 匀加速运动的研究。 3. 匀加速物体动能的测量。 4. 验证牛顿第三定律。 5. 研究物体二体碰撞，验证动量守恒。 【实验仪器】 Video照相机，编号33747；气垫导轨，编号33750；空气压缩机；插入式12v电源，编 号562791；滑块；实验附件；导轨支架，编号33745；照相机三角架，编号30059；功率控 制器，编号667823；导线；计算机数据采集和处理系统。 【实验提示】 1. 阅读实验指导书或参考实验报告，了解实验的一般要求和基本过程。 2. 阅读实验有关仪器的使用说明书。 3. 打开计算机，点击Videocom图标打开软件，阅读帮助文件和气垫导轨实验介绍。 4. 完成系统的定标。具体步骤如下： （1）将照相机置于约两倍于导轨长度的位置。 （2）利用水平仪使照相机水平。 （3）在导轨上放二个相距一米的滑块。 （4）调整装置使两个反射装置清楚地显示在显示器中。 （5）调整照相机位置，使显示器中两个象之间距离为1米。 5. 在C:\Data文件夹打开已有的实验文件，了解实验参数的设置和实验数据显示的 情况。 6. 在C:\StuData文件夹建立实验小组私用文件夹（以学号命名）。实验文件编号存 入实验小组私用文件夹，并建立一个以学生姓名命名的文本文件，用以记录有关的实验信 息。 7. 选择设置图标，设置参数。图（2）是实验参数设置示意图。 图（2）实验参数设置示意图
8.完成研究课题(1)安装好测量装置，设置好特殊的实验参数并经老师许可后完 成实验。将实验文件编号存入私用文件夹，并将实验有关情况记录在实验备注文件中，拷 贝实验屏幕显示，编号存入私用文件夹。 9.选择几个供选用的研究课题，或提出自己的研究课题完成实验，把有关文件编号 存入私用文件夹，把实验情况记入备注文件。 10.拷贝私用文件夹中有关文件，选择合适的数据处理方法，完成实验报告。 【实验注意事项】 1.实验前应仔细阅读仪器使用说明书，了解各种仪器正确的使用方法。 2.实验中应保持CCD和相机镜头的清洁，减少外界杂光对实验的影响。 3.反光箔应存储于干燥阴凉的环境中，并注意不要刮伤。 4.实验前应将导轨调水平。实验中应保持导轨清洁。实验结束后必须将滑块和所有 附件放在附件盒各自的位置上。 5.导轨气孔很小，必须保证每一个小孔畅通无阻。如果小孔堵塞，滑块滑到该处将 影响正常运动，因此在实验前应该仔细检查。 6.拷贝实验数据的软盘，实验前交给老师统一进行格式化。 【讨论思考题】 1.试说明Videocom!照相机工作原理和使用方法。 2.讨论两个样本间时间间隔的设置对实验精度的影响。以导轨上加速行动和碰撞两 个实验对比说明之。 3.说明计算机辅助采样和数据处理系统的优缺点。 4.对实验中出现的各种问题必须进行分析并作出结论。有可能的话作出简单的数量 级估算和进行实验验证。看一看自己的判断是否正确。 5.你认为Videocom相机和气垫导轨还能用于哪些实验，测量什么物理量？ 6.说明线性校正的方法和原理，通过实验验证自己想法是否正确。 9
9 8． 完成研究课题（1）安装好测量装置，设置好特殊的实验参数并经老师许可后完 成实验。将实验文件编号存入私用文件夹，并将实验有关情况记录在实验备注文件中，拷 贝实验屏幕显示，编号存入私用文件夹。 9． 选择几个供选用的研究课题，或提出自己的研究课题完成实验，把有关文件编号 存入私用文件夹，把实验情况记入备注文件。 10．拷贝私用文件夹中有关文件，选择合适的数据处理方法，完成实验报告。 【实验注意事项】 1. 实验前应仔细阅读仪器使用说明书，了解各种仪器正确的使用方法。 2. 实验中应保持CCD和相机镜头的清洁，减少外界杂光对实验的影响。 3. 反光箔应存储于干燥阴凉的环境中，并注意不要刮伤。 4. 实验前应将导轨调水平。实验中应保持导轨清洁。实验结束后必须将滑块和所有 附件放在附件盒各自的位置上。 5. 导轨气孔很小，必须保证每一个小孔畅通无阻。如果小孔堵塞，滑块滑到该处将 影响正常运动，因此在实验前应该仔细检查。 6 . 拷贝实验数据的软盘，实验前交给老师统一进行格式化。 【讨论思考题】 1. 试说明Videocom照相机工作原理和使用方法。 2. 讨论两个样本间时间间隔的设置对实验精度的影响。以导轨上加速行动和碰撞两 个实验对比说明之。 3. 说明计算机辅助采样和数据处理系统的优缺点。 4. 对实验中出现的各种问题必须进行分析并作出结论。有可能的话作出简单的数量 级估算和进行实验验证。看一看自己的判断是否正确。 5. 你认为Videocom相机和气垫导轨还能用于哪些实验，测量什么物理量？ 6. 说明线性校正的方法和原理，通过实验验证自己想法是否正确