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气垫导轨实验装置包括气垫导轨、滑块、两只U型挡光片、光电门和电脑计时器。滑块在气垫导轨上几乎无摩擦运动，U型挡光片固定在滑块上，当滑块通过光电门时，计时器记录时间。通过改变垫块数量可以调节导轨倾角，从而改变滑块受到的合外力。
改变倾角是控制合外力的关键方法。在导轨一端放置不同数量的垫块，可以调节倾角θ。根据力的分解，滑块沿导轨向下的分力等于mg乘以sinθ。当倾角增大时，sinθ增大，合外力也随之增大。这样我们就可以通过改变垫块数量来精确控制作用在滑块上的合外力大小。
为了研究加速度与质量的关系，我们需要保持合外力恒定。实验方法是在滑块上放置不同数量的砝码来改变总质量，同时保持导轨倾角不变，确保合外力F保持恒定。根据牛顿第二定律，当F恒定时，质量增大，加速度就会减小。通过测量不同质量下的加速度，可以验证a与m成反比的关系。
光电门测量系统的工作原理是利用U型挡光片遮挡光线。当滑块运动时，挡光片依次通过两个光电门，每次遮光都会产生脉冲信号，计时器精确记录时间间隔。通过测量挡光片宽度和遮光时间，可以计算瞬时速度。利用两个光电门之间的距离和速度变化，根据运动学公式就能准确计算出滑块的加速度。
通过气垫导轨实验收集的数据，我们可以绘制两个重要的关系图。第一个图显示在合外力一定时，加速度与质量成反比关系，符合双曲线规律。第二个图显示在质量一定时，加速度与合外力成正比关系，呈现直线关系。这两个实验结果完美验证了牛顿第二定律F等于ma，证明了力、质量和加速度之间的定量关系。