實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)3:長(zhǎng)度測(cè)量誤差配套姓名學(xué)號(hào)同組同學(xué)（學(xué)號(hào)）班級(jí)20葡萄酒實(shí)驗(yàn)時(shí)間和地點(diǎn)西一教學(xué)樓407實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介妙趣橫生的臺(tái)球、刺激過(guò)癮的碰碰車(chē)等也是遵從動(dòng)量守恒規(guī)律的。只要質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)量守恒，人們可以用多種方式改變部分系統(tǒng)的速度，使其他部分產(chǎn)生所需的速度或動(dòng)量來(lái)為人們所利用。同樣，若研討物理理論脫離實(shí)踐應(yīng)用，則顯得毫無(wú)意義，因此，我們學(xué)好理論的同時(shí)，更應(yīng)該大膽創(chuàng)新，讓理論指導(dǎo)我們的實(shí)踐，服務(wù)于我們的生活，這才是真正的學(xué)以致用。在力學(xué)實(shí)驗(yàn)中，摩擦力的存在會(huì)帶來(lái)許多不便，使某些力學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的誤差很大，甚至使有些實(shí)驗(yàn)無(wú)法進(jìn)行。采用氣墊技術(shù)可以克服這一困難，使力學(xué)現(xiàn)象更加真實(shí)、直觀，同時(shí)采用光電計(jì)時(shí)裝置測(cè)定物體運(yùn)動(dòng)時(shí)間，從而可以在比較理想的條件下用實(shí)驗(yàn)方法精確地測(cè)定物體的速度、加速度及在外力作用下的運(yùn)動(dòng)定律。實(shí)驗(yàn)原理1.驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律如果一個(gè)系統(tǒng)所受的合外力為零，則該系統(tǒng)總動(dòng)量保持不變，這一結(jié)論稱(chēng)為動(dòng)量守恒定律。本實(shí)驗(yàn)研究?jī)苫瑝K在氣墊導(dǎo)軌上做水平方向上對(duì)心碰撞，可以近似認(rèn)為兩滑塊組成的系統(tǒng)在水平方向上所受合外力為零，故系統(tǒng)在水平方向上動(dòng)量守恒設(shè)兩滑塊的質(zhì)量分別為、，碰撞前它們的速度分別為和，碰撞后的速度分別為和，由動(dòng)量守恒定律有(1)完全彈性碰撞完全彈性碰撞的特點(diǎn)是碰撞前后系統(tǒng)的動(dòng)量守恒，機(jī)械能也守恒。實(shí)驗(yàn)時(shí)，在兩滑塊相碰端裝有彈性極好的緩沖彈簧片，滑塊相碰時(shí)緩沖彈簧片先發(fā)生彈性變形而又迅速恢復(fù)原狀，并將滑塊彈開(kāi)，系統(tǒng)機(jī)械能近似無(wú)損失。碰撞前后總動(dòng)能保持不變，即(2)當(dāng)取=0時(shí)，由式(1)、式(2)可得碰撞前后速度關(guān)系為(3)完全非彈性碰撞完全非彈性碰撞的特點(diǎn)是兩滑塊碰撞后粘在一起以相同速度運(yùn)動(dòng)。兩滑塊在碰撞前后系統(tǒng)的動(dòng)量守恒，但機(jī)械能不守恒。設(shè)碰撞后兩滑塊的共同速度為，則(4)當(dāng)取=0時(shí)，則有(5)恢復(fù)系數(shù)e相互碰撞的兩物體，碰撞后的相對(duì)速度和碰撞前的相對(duì)速度之比，稱(chēng)為恢復(fù)系數(shù)，用符號(hào)e表示(6)通?？梢愿鶕?jù)恢復(fù)系數(shù)對(duì)碰撞進(jìn)行如下分類(lèi)：1)=0，即=，為完全非彈性碰撞。2)=1，即，為安全彈性碰撞。3)0<<1，是一般的非完全彈性碰撞。(4)碰撞時(shí)動(dòng)能的損耗設(shè)碰撞后和碰撞前動(dòng)能之比為R，即(7)經(jīng)過(guò)推導(dǎo)可得(8)從式(8)仍可看出，只有當(dāng)=1時(shí)，動(dòng)能才守恒。當(dāng)=0時(shí)，，若取，則。由式(8)可知，當(dāng)由實(shí)驗(yàn)求出恢復(fù)系數(shù)，就可以算出碰撞前后的能量比和碰撞中的能量損失。2.瞬時(shí)速度的測(cè)量在氣墊導(dǎo)軌的一側(cè)安裝兩個(gè)光電門(mén)，它是計(jì)時(shí)裝置的傳感器。每個(gè)光電門(mén)有一個(gè)光電二極管，被一個(gè)聚光小燈泡所照亮。實(shí)驗(yàn)時(shí)，將一寬度為△x的U形擋光片置于滑塊上，滑塊通過(guò)設(shè)置于導(dǎo)軌某處的光電門(mén)時(shí)，毫秒計(jì)時(shí)器測(cè)出擋光時(shí)間△t，于是就可求出滑塊通過(guò)該光電門(mén)處的瞬時(shí)速度。擋光片如圖1所示，若計(jì)時(shí)器功能選擇在“S2”檔，當(dāng)滑塊向左(或向右)運(yùn)動(dòng)時(shí)，擋光片的邊緣1(或4)進(jìn)入光電門(mén)進(jìn)行第一次擋光，毫秒計(jì)時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)，當(dāng)邊緣3(或2)進(jìn)入光電門(mén)進(jìn)行第二次擋光時(shí)，毫秒計(jì)時(shí)器停止計(jì)時(shí)。毫秒計(jì)顯示的時(shí)間△t就是滑塊運(yùn)動(dòng)經(jīng)過(guò)△x距離所用的時(shí)間△t，于是，△x/△t即可近似認(rèn)為是滑塊通過(guò)光電門(mén)附近的瞬時(shí)速度。實(shí)驗(yàn)所用的擋光片的寬度△x為幾厘米。圖1三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.調(diào)整檢驗(yàn)使氣墊導(dǎo)軌處于水平狀態(tài)判斷導(dǎo)軌是否處于水平有兩種方法：“靜態(tài)法”和“動(dòng)態(tài)法”。當(dāng)用“靜態(tài)法”進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，將滑塊置于已通氣的導(dǎo)軌上，調(diào)節(jié)支點(diǎn)螺釘使其在任何位置都能保持靜止不動(dòng)，或稍有運(yùn)動(dòng)，但不總向一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)。當(dāng)用“動(dòng)態(tài)法”進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，要求滑塊在沿同一方向運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中經(jīng)過(guò)兩光電門(mén)的時(shí)間近似相等，即可認(rèn)為導(dǎo)軌已調(diào)平。2.用完全彈性碰撞驗(yàn)證動(dòng)量守恒要求分兩種情況進(jìn)行研究：(1)令，;1)用天平分別稱(chēng)出兩個(gè)滑塊的質(zhì)量和。2)將計(jì)時(shí)器功能選擇在“S2”檔。3)如圖2所示，接通氣源后，將滑塊2置于兩光電門(mén)之間，并使其靜止(即)，滑塊1置于導(dǎo)軌的一端。碰撞前，迅速對(duì)滑塊1施一與相反且與導(dǎo)軌平面平行的力，使滑塊1運(yùn)動(dòng)到與導(dǎo)軌端彈簧圈相碰反彈回來(lái)，產(chǎn)生初速度，記下滑塊1經(jīng)過(guò)光電門(mén)1的時(shí)間。圖24)兩滑塊碰撞后，滑塊1將靜止?；瑝K2以速度向前運(yùn)動(dòng)，記下滑塊2經(jīng)過(guò)光電門(mén)2的時(shí)間。5)重復(fù)測(cè)量3次，將測(cè)量數(shù)據(jù)填入表1內(nèi)。(2)令，。1)用天平稱(chēng)出兩重塊的質(zhì)量，加在滑塊1上。2)仿照上述步驟，記下滑塊1經(jīng)過(guò)光電門(mén)1的時(shí)間，以及碰撞后滑塊2和滑塊1先后經(jīng)過(guò)光電門(mén)2的時(shí)間和(注意：在滑塊2經(jīng)過(guò)光電門(mén)2運(yùn)動(dòng)到導(dǎo)軌的一端時(shí)，應(yīng)使它靜止，否則由于彈回而影響時(shí)間的測(cè)量)。3)重復(fù)測(cè)量3次，將測(cè)量數(shù)據(jù)填入表2內(nèi)。四、實(shí)驗(yàn)儀器本實(shí)驗(yàn)所用到的實(shí)驗(yàn)儀器有氣墊導(dǎo)軌、數(shù)字毫秒計(jì)、滑塊、天平1.氣墊導(dǎo)軌實(shí)驗(yàn)儀器和仿真儀器：實(shí)驗(yàn)儀器仿真儀器操作方法：(1)雙擊打開(kāi)氣墊導(dǎo)軌大視圖；(2)打開(kāi)氣泵開(kāi)關(guān)，給氣軌通氣，再將滑塊放到氣墊上，切忌未通氣就將滑塊放到氣墊上。(3)將氣墊導(dǎo)軌調(diào)平，調(diào)平方法：將滑塊放到氣墊上，調(diào)節(jié)支腳螺釘，直至滑塊在氣軌上任何位置都能保持靜止不動(dòng)，或稍有些運(yùn)動(dòng)，但不總向一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，即認(rèn)為已基本調(diào)平。(4)調(diào)水平后切換到縱向水平調(diào)節(jié)界面，調(diào)節(jié)兩邊支教螺釘，觀察中間水平儀運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，若靜止不動(dòng)，或稍或稍有些運(yùn)動(dòng)，但不總向一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，即認(rèn)為已基本調(diào)平。2.數(shù)字毫秒計(jì)實(shí)驗(yàn)儀器和仿真儀器：實(shí)驗(yàn)儀器仿真儀器操作方法：(1)雙擊打開(kāi)數(shù)字毫秒計(jì)；(2)切換到背面視圖，打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，兩個(gè)檔位選擇分別為ms檔及S2計(jì)時(shí)2檔上；(3)鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊轉(zhuǎn)換按鈕，測(cè)量項(xiàng)檔位會(huì)發(fā)生改變，從ms跳到cm/s，再次點(diǎn)擊回到ms，分別代表時(shí)間、速度的測(cè)量；(4)鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊功能按鈕，右側(cè)方式項(xiàng)檔位會(huì)從S2跳到S1，再次點(diǎn)擊回到S2，代表兩種測(cè)量的方式。(S1計(jì)時(shí)：每個(gè)擋光片擋光的時(shí)間，一次得到四個(gè)數(shù)據(jù)，S2計(jì)時(shí)：經(jīng)過(guò)兩擋光片之間空隙的時(shí)間，一次得到兩個(gè)數(shù)據(jù))；(5)鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊取數(shù)按鈕可以進(jìn)行取數(shù)操作，數(shù)碼管顯示前面測(cè)量記錄下來(lái)的時(shí)間或速度，按順序顯示，每個(gè)停留時(shí)間為5秒；(6)鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊“復(fù)位”按鈕儀器復(fù)位至初始打開(kāi)儀器時(shí)狀態(tài)，兩個(gè)檔位選擇分別為ms檔及S2計(jì)時(shí)2檔上；3.滑塊實(shí)驗(yàn)儀器和仿真儀器：實(shí)驗(yàn)儀器仿真儀器操作方法：(1)雙擊打開(kāi)滑塊大視圖；(2)鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊增加墊片按鈕，滑塊上增加一塊墊片；鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊減少墊片按鈕，滑塊上減少一塊墊片；(3)鼠標(biāo)放置在箭頭上，變成小手狀，左鍵點(diǎn)擊向左或向右移動(dòng)旋鈕的位置，同時(shí)改變墊片所在的位置；(4)將滑塊拖動(dòng)到氣墊導(dǎo)軌上；(5)鼠標(biāo)右鍵按住滑塊并向外拖動(dòng)，此時(shí)會(huì)從滑塊上延伸出一條箭頭指向鼠標(biāo)的位置，射線越長(zhǎng)代表滑塊的出射初速度越大，箭頭的方向則代表滑塊的出射方向；4.天平實(shí)驗(yàn)儀器和仿真儀器實(shí)驗(yàn)儀器仿真儀器操作方法：(1)鼠標(biāo)將滑塊拖動(dòng)到天平上，天平上顯示滑塊質(zhì)量讀數(shù)；五、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)1.了解氣墊導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),了解數(shù)字毫秒計(jì)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)2.學(xué)會(huì)正確使用氣墊導(dǎo)軌和數(shù)字毫秒計(jì)。3.學(xué)習(xí)不等精度測(cè)量的數(shù)據(jù)處理方法。輔助功能介紹界面的右上角的功能顯示框：當(dāng)在普通做實(shí)驗(yàn)狀態(tài)下，顯示實(shí)驗(yàn)已經(jīng)進(jìn)行的用時(shí)、記錄數(shù)據(jù)按鈕、結(jié)束操作按鈕；在考試狀態(tài)下，顯示考試所剩時(shí)間的倒計(jì)時(shí)、記錄數(shù)據(jù)按鈕、結(jié)束操作按鈕、顯示考卷按鈕(考試狀態(tài)下顯示)。右上角工具箱：可以打開(kāi)計(jì)算器。右上角幫助和關(guān)閉按鈕：幫助按鈕可以打開(kāi)幫助文件，關(guān)閉按鈕功能就是關(guān)閉實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)儀器欄：鼠標(biāo)選中儀器中的儀器，可以查看儀器名稱(chēng)，在提示信息欄可以查看相應(yīng)的儀器描述。提示信息欄：顯示實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的儀器信息，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容信息，儀器功能按鈕信息等相關(guān)信息，按F1鍵可以獲得更多幫助信息。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容欄：顯示實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容信息(多個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容依次列出)，當(dāng)前實(shí)驗(yàn)內(nèi)容顯示為橘黃色，其他實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為藍(lán)色；可以通過(guò)單擊實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行實(shí)驗(yàn)內(nèi)容之間的切換。切換至新的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容后，實(shí)驗(yàn)桌上的儀器會(huì)重新按照當(dāng)前實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行初始化。實(shí)驗(yàn)操作方法1.主窗口介紹成功進(jìn)入實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景窗體，實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的主窗體如下圖所示：碰撞實(shí)驗(yàn)主場(chǎng)景圖2.實(shí)驗(yàn)操作介紹(1)鼠標(biāo)左鍵雙擊打開(kāi)氣泵大視圖，點(diǎn)擊開(kāi)關(guān)按鈕打開(kāi)氣泵開(kāi)關(guān)；(2)調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌的水平度，先調(diào)節(jié)導(dǎo)軌縱向上兩個(gè)螺絲的高度一致，再使用靜態(tài)法及動(dòng)態(tài)法將導(dǎo)軌在橫向上調(diào)節(jié)平衡；(3)將兩個(gè)滑塊分別拖動(dòng)至電子天平上，記錄兩個(gè)滑塊的質(zhì)量，其中較重的滑塊作為；(4)打開(kāi)計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)測(cè)速儀,將功能選在S2檔，將轉(zhuǎn)換至于ms檔；(5)將滑塊2拖動(dòng)至氣墊導(dǎo)軌上的兩個(gè)光電門(mén)之間，將滑塊1拖動(dòng)至導(dǎo)軌上有彈簧的一端與彈簧接觸；(6)鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊滑塊并拖動(dòng)鼠標(biāo)再放開(kāi)后，滑塊獲得一個(gè)初速度后向前移動(dòng)，并與滑塊2相碰撞，滑塊2獲得一個(gè)速度并向前移動(dòng)；(7)滑塊2經(jīng)過(guò)光電門(mén)2后與尼龍搭扣碰在一起并停下，點(diǎn)擊計(jì)時(shí)器上的取數(shù)按鈕可以讀取滑塊1經(jīng)過(guò)光電門(mén)1的時(shí)間Δt10和滑塊2經(jīng)過(guò)光電門(mén)2的時(shí)間Δt2，并計(jì)入實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表格中，計(jì)數(shù)以當(dāng)前數(shù)據(jù)記錄時(shí)間的先后排序；(8)點(diǎn)擊計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)測(cè)速儀上的復(fù)位按鈕，清除所有記錄的數(shù)據(jù)；(9)重復(fù)4-7步測(cè)量共三次，讀取數(shù)據(jù)并進(jìn)行動(dòng)量守恒的驗(yàn)證；(10)在滑塊1上加兩片墊片，用電子天平稱(chēng)出其質(zhì)量；(11)重復(fù)前面的4-7步，并記下滑塊1與滑塊2碰撞后再次經(jīng)過(guò)光電門(mén)2的時(shí)間間隔；(12)根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)的的數(shù)據(jù)驗(yàn)證動(dòng)量守恒定理；六、數(shù)據(jù)處理1.平衡調(diào)節(jié)設(shè)置兩滑塊的質(zhì)量相同，滑塊二初狀態(tài)靜止，，測(cè)量次數(shù)eRE%1198.64198.6413.2813.467.57.51489.81489.8112198.64198.6413.2813.377.57.51489.81489.8113198.64198.6