利用气垫导轨探究里和运动的关系.doc

利用气垫导轨探究力和运动的关系 牛顿第二定律的教学内容是高一级物理课主要内容，要导出牛顿第二定律，必须利用实验探究加速度与合外力和物体质量的定量关系，在高中课程中运用气垫导轨来研究加速度与合外力和物体质量之间的定量关系。用气垫导轨进行实验探究，必然有一个加速度如何计算问题，我省普通高中教科书——物理必修1第四章第三节中,采用测量瞬时速度方法来计算加速度,即是运用公式a=(v22 —v12)/ 2s 来计算加速度值。 我校几位物理教师采用这样的方法进行实验研究，但实验没有得到期望中的结果，实验过程中，保持滑块质量不变，但实验得不到加速度与合外力成正比例的结果。实验出错的原因在哪里呢？我分析认为有两个原因，第一可能是挡光片宽度较短（挡光片宽1至2 厘米），第二可能是数字计时器精确度有问题，我校实验室的数字计时器是八十年代产品，仪器比较陈旧，计时是否准确尚需核准。上述两个原因影响瞬时速度数值，从而影响加速度计算值。为了使这个实验做得成功，能从实验中得到有说服力的结果，必须改变加速度的测 量方式，让滑块从静止开始做匀加速直线运动，利用测量位移和运动时间方法求加速度（计算公式a=2s / t2 )。用此法求加速度学生更容易理解和接受，操作过程比较简单，加速度计算值比较准确，实验很容易做得成功。下面是用这种方法进行的实验探究。 一、实验装置示意图： 二、实验前器材调整： （1）把气垫导轨调整成水平放置，滑块能在导轨上匀速运动（滑块通过两个光电门时间大约相等）。 （2）调整滑块挡光片将要挡住（但不能挡住）电关门1的光信号，在滑块所在位置做好记号，每一次实验时滑块须从该位置静止释放。 三、探究活动： 1、保持滑块质量不变，探究加速度与合外力关系 （1）实验数据记录表 滑块质量m=118.4克，两个电光门距离s=78.4cm(注：每次实验测滑块运动时间两次，然后取平均值）。 次数 合外力近似值F / N 滑块运动时间t / ms 时间平均值t / ms 滑块加速度a /m·s-2 1 5×10-3×9.8 2.098 / 2.075 2.086 0.36 2 10×10-3×9.8 1.547 / 1.559 1.553 0.65 3 15×10-3×9.8 1.266 / 1.272 1.269 0.97 4 20×10-3×9.8 1.118 / 1.116 1.117 1.26 （2）用实验数据描绘a—F变化规律的图像，考虑到合外力是近似值和实验误差，在误差范围内可以认为图像是通过原点的一条直线。 （3）从图像得出结论：质量不变时，a与F成正比。 2、合外力不变，探究加速度与质量关系 （1）实验数据记录表 合外力近似值 F=10×10-3×9.8N,光电门距离s=78.4cm(注：每次实验 测滑块运动时间两次，然后取平均值）。 次数 滑块质量m/kg 质量倒数1/m kg-1 滑块运动时间t/ms 时间平均值t/ms 滑块加速度a/m．s-2 1 118.4×10-3 8.45 1.547 / 1.559 1.553 0.65 2 93.3×10-3 10.72 1.378 / 1.362 1.370 0.83 3 68.0×10-3 14.71 1.211 / 1.200 1.205 1.08 4 59.6×10-3 16.78 1.157 / 1.161 1.160 1.17 (2)用实验数据描绘 a-1/m 变化规律的图像，由于细绳悬挂的砝码质量不变，当滑块质量改变时，其加速度随之而变，细绳拉力随滑块加速度增大而减小，不是恒定的，还有实验过程误差不可避免，作为近似处理，可以认为图像是通过原点的一条直线。 （3）从图像得出结论：合外力不变时，a与1/m成正比。, 3、综合探究实验1和2得出结论：物体的加速度与合外力成正比，与质量倒数成正比。 4. 实验分析：两个图像中前三个点几乎落在通过原点的直线上，所得结果比较理想,加速度值比较大的第4个点偏差较大,结果不理想,这个实验存在系统误差,加速度值越大,系统误差越大,从实验图象中可以看出,加速度值小于1m/s2时,实验所得的结果比较理想,加速度值大于1m/s2时,系统误差不可忽略,此时所得的加速度数值,不能看作是在实验条件不变时的结论,所以,这个实验要得到比较理想的结果,滑块 加速度值不宜太大，加速度值应不能超过1m/s2。 2005年 12月 1