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一、实验概况
本实验为普通高中课程标准实验教科书司南版《物理》必修2的第二章第一节的探究实验,其中课本实验方案如下。
(1)用细线将木板上的小车通过一个定滑轮与悬吊的砝码相连。改变木板的倾角,以小车重力的一个分力平衡小车及纸带受到的摩擦力,使小车做匀速运动。
(2)在细绳另一端挂上砝码,使小车的质量远大于砝码的质量,小车在细线的拉力作用下做匀加速运动。由于砝码质量很小,可以认为小车所受拉力F的大小等于砝码所受的重力大小。
(3)把纸带的一端固定在小车的后面,另一端穿过打点计时器,接通电源,放开小车,让小车拖着纸带运动,打点计时器就在纸带上打下一系列的点。
(4)重复以上实验。选择一条点迹清晰的纸带进行数据分析,由纸带可以找到位移和时间的信息,由砝码可以知道小车所受的恒力。寻找两者之间的关系,从而得出动能定理。
二、实验的缺陷及改进方法
(一)缺陷
1.由于木板各处的粗糙程度不完全相同,小车直接放在木板上,很难保证小车在一条直线上运动而导致较大的误差。
2.该实验通过测量砝码所受的重力来确定小车所受的合外力,而事实上砝码所受的重力与小车所受的拉力并不相等。其真实关系推证如下:小车加速运动时,砝码受力是不平衡的,它具有与小车同样大小的加速度。设车与砝码的加速度大小为a,以整个系统为研究对象,由牛顿第二定律可得:mg=(M m)a,以小车为研究对象,由牛顿第二定律F=Ma可得:F=MM m·mg=11 mM ·mg。砝码所受的重力与小车所受的拉力并不相等。只有当mM时,小车所受的拉力才与砝码所受的重力近似相等。但毕竟还是不相等,所以必然会产生误差。
(二)改进的方法
1.对于第一个缺陷,为确保小车在一条直线上运动,可采用“双保险”:(1)选择两根平行的铝合金轨道。这样的装置,首先各处的粗糙程度接近完全相同,同时也可以有效避免出现小车运动过程中轨迹不稳定的现象;(2)选择有轮缘的轮子(就像火车轮子那样)。
2.对于第二个缺陷,可将研究对象由小车转换为小车和砝码组成的系统,则实验中对砝码的质量就没有要求,这样由于砝码质量的大小引起的误差便可迎刃而解。
(责任编辑 黄春香)
本实验为普通高中课程标准实验教科书司南版《物理》必修2的第二章第一节的探究实验,其中课本实验方案如下。
(1)用细线将木板上的小车通过一个定滑轮与悬吊的砝码相连。改变木板的倾角,以小车重力的一个分力平衡小车及纸带受到的摩擦力,使小车做匀速运动。
(2)在细绳另一端挂上砝码,使小车的质量远大于砝码的质量,小车在细线的拉力作用下做匀加速运动。由于砝码质量很小,可以认为小车所受拉力F的大小等于砝码所受的重力大小。
(3)把纸带的一端固定在小车的后面,另一端穿过打点计时器,接通电源,放开小车,让小车拖着纸带运动,打点计时器就在纸带上打下一系列的点。
(4)重复以上实验。选择一条点迹清晰的纸带进行数据分析,由纸带可以找到位移和时间的信息,由砝码可以知道小车所受的恒力。寻找两者之间的关系,从而得出动能定理。
二、实验的缺陷及改进方法
(一)缺陷
1.由于木板各处的粗糙程度不完全相同,小车直接放在木板上,很难保证小车在一条直线上运动而导致较大的误差。
2.该实验通过测量砝码所受的重力来确定小车所受的合外力,而事实上砝码所受的重力与小车所受的拉力并不相等。其真实关系推证如下:小车加速运动时,砝码受力是不平衡的,它具有与小车同样大小的加速度。设车与砝码的加速度大小为a,以整个系统为研究对象,由牛顿第二定律可得:mg=(M m)a,以小车为研究对象,由牛顿第二定律F=Ma可得:F=MM m·mg=11 mM ·mg。砝码所受的重力与小车所受的拉力并不相等。只有当mM时,小车所受的拉力才与砝码所受的重力近似相等。但毕竟还是不相等,所以必然会产生误差。
(二)改进的方法
1.对于第一个缺陷,为确保小车在一条直线上运动,可采用“双保险”:(1)选择两根平行的铝合金轨道。这样的装置,首先各处的粗糙程度接近完全相同,同时也可以有效避免出现小车运动过程中轨迹不稳定的现象;(2)选择有轮缘的轮子(就像火车轮子那样)。
2.对于第二个缺陷,可将研究对象由小车转换为小车和砝码组成的系统,则实验中对砝码的质量就没有要求,这样由于砝码质量的大小引起的误差便可迎刃而解。
(责任编辑 黄春香)