用同一实验装置探究五个力学实验

实验器材：电火花计时器（电磁打点计时器）、一端附有滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、导线、电源、复写纸片、天平。 

 

 

 

 

 

 

 

 

利用这套器材可以做以下五个实验。

实验一：研究匀变速直线运动

实验原理：利用纸带求匀变速直线运动的瞬时速度、加速度。

(1)如图所示：

 

 

 

 

 则vn＝■。

(2)求物体加速度的方法

①"逐差法"求加速度

如图所示：

 

 

 

 

a1＝■，a2＝■，a3＝ ■，然后取平均值，即 a＝■，这样使所给数据全部得到利用，以提高精确度。

②"图象法"求加速度

3.求出纸带上各计数点的瞬时速度，画出v－t图线，直线的斜率即表示加速度。

4.本实验可以不用平衡摩擦力。

实验二：探究加速度与力、质量的关系

实验原理：

探究加速度a与力F及质量M的关系时，应用的基本方法是控制变量法，即先控制一个参量——小车的质量M不变，探究加速度a与力F的关系；再控制小盘和砝码的质量不变，即力F不变，探究加速度a与小车质量M的关系。根据记录的各组对应的加速度a与小车所受牵引力F，建立直角坐标系，描点画a -F图象，如果图象是一条过原点的倾斜直线，便证明加速度与作用力成正比。再根据记录的各组对应的加速度a与小车和砝码总质量M，建立直角坐标系，描点画 a -■ 图象，如果图象是一条过原点的倾斜直线，就证明了加速度与质量成反比。

误差分析：①满足小盘和砝码的总质量远小于小车的质量。②平衡摩擦力

实验三：探究功与速度变化的关系

实验原理:

测出小车的质量为M，再测出纸带上起点到A点的距离为L．小车动能的变化量可用ΔEk= ■MvA2算出．砝码盘中砝码的质量为m，重力加速度为g；小车所受合力做的功可用W=mgL算出．多次测量，若W与ΔEk均基本相等则验证了动能定理.

误差分析：①满足小盘和砝码的总质量远小于小车的质量。②平衡摩擦力

实验四：验证系统机械能守恒

 

 

 

 

 

实验原理：测出小车的质量为M，再测出纸带上起点到A点的距离为L．小车和砝码系统动能的增加量可用ΔEk= ■MvA2+ ■mvA2 算出．砝码盘中砝码的质量为m，重力加速度为g；小车和砝码系统重力势能减少量可用ΔEp =mgL算出．多次测量，若ΔEp  与ΔEk均基本相等则验证了系统机械能守恒．

误差分析：①满足小盘和砝码的总质量远小于小车的质量。②平衡摩擦力

实验五：验证动量定理

实验原理：测出小车的质量为M，再算出纸带上计数点A到计数点B的时间t．测出小车在A点B点的瞬时速度。小车动量的变化量可用ΔP=MVB-MVA 算出．砝码盘中砝码的质量为m，重力加速度为g；小车所受合力的冲量可用I=mgt算出多次测量，若I与ΔP均基本相等则验证了动量定理．

误差分析：①满足小盘和砝码的总质量远小于小车的质量。②平衡摩擦力

这5个力学实验在课本必修一和必修二。做好这些实验可以使学生从匀变速运动规律过渡到牛顿运动定律；从牛顿运动定律过渡到动能定理；从动能定理过渡到机械能守恒定律，还可以体会力在时间和空间上的积累效果。能使学生的认知从运动学观点过渡到能量观点。用同一实验装置做这5个实验，既可以激发学生的学习兴趣，又能培养学生的分析综合能力、实践能力和创新能力。