戴志娟

利用探究加速度與力、質(zhì)量關(guān)系的實(shí)驗(yàn)裝置，可以開(kāi)展不同的實(shí)驗(yàn).對(duì)比這些實(shí)驗(yàn)我們發(fā)現(xiàn)；實(shí)驗(yàn)思路、步驟和方法大致相同，但細(xì)節(jié)方面卻不盡相同.出于不同的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，我們用同一套裝置時(shí)需要重新思考探究本文列舉幾道例題，對(duì)比這些實(shí)驗(yàn)，總結(jié)各個(gè)實(shí)驗(yàn)各自的特點(diǎn)，從而培養(yǎng)學(xué)生的知識(shí)遷移能力。

例1 某實(shí)驗(yàn)小組用如圖1甲所示裝置測(cè)量木板對(duì)木塊的摩擦力所做的功。實(shí)驗(yàn)時(shí)，水塊在重物牽引下向右運(yùn)動(dòng)，重物落地后，木塊繼續(xù)向右做勻減速運(yùn)動(dòng)。圖乙是重物落地后打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶，紙帶上的小黑點(diǎn)是計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰的兩計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有4個(gè)點(diǎn)（圖中未標(biāo)出），計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離如圖乙所示。已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用交流電的頻率為50HZ。

（1）可以判斷紙帶的_____（填“左端”或“右端”）與木塊連接。

（2）根據(jù)紙帶提供的數(shù)據(jù)可計(jì)算出打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在打下A點(diǎn)、B點(diǎn)時(shí)木塊的速度。ν_A=_________m/s，ν_B=_________m/s，（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）

（3）根據(jù)紙帶提供的數(shù)據(jù)可計(jì)算出木塊在AB段減速運(yùn)動(dòng)的加速度a=______m/s²，方向向______（填“左”或“右”），則木板對(duì)木塊的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=_______.（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）

（4）要測(cè)量在AB段木板對(duì)木塊的摩擦力所做的功和A點(diǎn)到B點(diǎn)動(dòng)能的變化量，還應(yīng)測(cè)量的物理量是_____。

A.木板的長(zhǎng)度L

B.木塊的質(zhì)量m₁

C.重物的質(zhì)量m₂

D.A、B之間的距離x

（5）驗(yàn)證在AB段動(dòng)能定理成立的關(guān)系式可表示為_(kāi)______。（用題中所給的物理量的符號(hào)表示）

答案

（1）右端

（2）0.72 0.97

（3）0.64 向左 0.065

（4）BD

（5）

解析 （1）重物落地后，木塊在摩擦力的作用下繼續(xù)做勻減速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離逐漸減小，紙帶向右運(yùn)動(dòng)，故右端連著小木塊。

（2）紙帶上各計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔T=0.02s×5=0.1s，由勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的推論得：打A點(diǎn)時(shí)的速度：

例2 某實(shí)驗(yàn)興趣小組為測(cè)一遙控電動(dòng)小車(chē)的額定功率，進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)：

①用天平測(cè)出電動(dòng)小車(chē)的質(zhì)量為0.4kg；

②將電動(dòng)小車(chē)、紙帶和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器按如圖2所示安裝；

③接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器（其打點(diǎn)周期為0.02s）；

④使電動(dòng)小車(chē)以額定功率加速運(yùn)動(dòng)，達(dá)到最大速度一段時(shí)間后關(guān)閉小車(chē)電源。待小車(chē)靜止時(shí)再關(guān)閉打點(diǎn)計(jì)時(shí)器（設(shè)在整個(gè)過(guò)程中小車(chē)所受的阻力恒定）。

在上述過(guò)程中，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上所打的點(diǎn)跡如圖3甲、乙所示，圖中0點(diǎn)是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打的第一個(gè)點(diǎn)。

請(qǐng)你分析紙帶數(shù)據(jù)，回答下列問(wèn)題：

（1）該電動(dòng)小車(chē)運(yùn)動(dòng)的最大速度為_(kāi)_______m/s；

（2）該電動(dòng)小車(chē)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所受的阻力大小為_(kāi)_____N；

（3）該電動(dòng)小車(chē)的額定功率為_(kāi)_____W。

答案（1）1.50（2）1.60（3）2.40

解析 （1）根據(jù)紙帶可知，當(dāng)所打的點(diǎn)點(diǎn)距均勻時(shí)，小車(chē)勻速運(yùn)動(dòng)，牽引力等于阻力，此時(shí)速度最大，最大速度為：

例3某學(xué)習(xí)小組在“探究速度隨時(shí)間的變化規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中，用如圖4所示的氣墊導(dǎo)軌裝置來(lái)測(cè)小車(chē)的加速度，由導(dǎo)軌標(biāo)尺可以測(cè)出兩個(gè)光電門(mén)之間的距離L，窄遮光板的寬度為d，窄遮光板依次通過(guò)兩個(gè)光電門(mén)的時(shí)間分別為t₁、t₂。

（1）通過(guò)兩個(gè)光電門(mén)的瞬時(shí)速度分別為ν₁=________，ν₂=________。在計(jì)算瞬時(shí)速度時(shí)應(yīng)用的物理方法是_______。（填“極限法”“微元法”或“控制變量法”。

（2）滑塊的加速度可以表示為a=_______（用題中所給物理量表示）。

（3）實(shí)驗(yàn)中_________（填“需要”或“不需要”）將氣墊導(dǎo)軌的一端墊高來(lái)平衡摩擦力，但若近似認(rèn)為細(xì)線(xiàn)對(duì)小車(chē)的拉力與重物重力大小相等，則重物的質(zhì)量m與小車(chē)的質(zhì)量M間應(yīng)滿(mǎn)足的關(guān)系為_(kāi)________。

（4）該學(xué)習(xí)小組經(jīng)分析討論后發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)不僅可以測(cè)出滑塊的加速度，還可用上述實(shí)驗(yàn)裝置來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，為此還需測(cè)量的物理量是_____和______，機(jī)械能守恒的表達(dá)式為_(kāi)____（用題中所給物理量和測(cè)量的物理量表示）。

（5）實(shí)驗(yàn)中，釣碼減少的重力勢(shì)能總是略大于系統(tǒng)增加的動(dòng)能，主要原因是__________。

（5）空氣阻力做功的影響

解析 （1）由于遮光條通過(guò)光電門(mén)的時(shí)間極短，可以用平均速度表示瞬時(shí)速度。根據(jù)勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的速度位移公式求出滑塊的加速度。

（3）由于氣墊導(dǎo)軌上的滑塊已經(jīng)實(shí)現(xiàn)與導(dǎo)軌脫離，因此滑塊與導(dǎo)軌間已經(jīng)不存在摩擦力的作用，但若近似認(rèn)為細(xì)線(xiàn)對(duì)小車(chē)的拉力與重物重力大小相等，必須滿(mǎn)足沙桶質(zhì)量m遠(yuǎn)小于滑塊的質(zhì)量M。

（4）根據(jù)功能關(guān)系得重力做功的數(shù)值等于重力勢(shì)能減小量。要注意本題的研究對(duì)象是系統(tǒng)。系統(tǒng)的總動(dòng)能變化為：

（5）雖然導(dǎo)軌于滑塊間的摩擦力不存在了，但空氣對(duì)滑塊的阻礙作用仍然不可避免，空氣阻力對(duì)滑塊所做的功使得系統(tǒng)的機(jī)械能稍微的減少了。

相同的實(shí)驗(yàn)裝置，設(shè)計(jì)不同的實(shí)驗(yàn)，考察實(shí)驗(yàn)的相關(guān)知識(shí)，反推實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)的設(shè)計(jì)，需要理論聯(lián)系實(shí)際深入思考。從實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)層面，宏觀把握實(shí)驗(yàn)的思路，才能真正地理解實(shí)驗(yàn)，做到舉一反三。endprint