利用弹性线的拉力驱动物体

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【目的和要求】 　　用比较法探索物体在质量一定时，其加速度与所受外力的关系；以及物体在所受外力恒定时，加速度与其质量的关系。 【实验原理】 　　本实验的设计思想是：先使物体做匀速直线运动，消除摩擦阻力对物体运动的影响，以便于确定使物体产生加速度的力的值；根据S＝（1／2）at²。对于初速为零的匀加速运动的物体，可以采用比较物体在相等时间内运动的位移来比较物体运动的加速度。 【仪器和器材】 　　斜面小车（J2108型），电磁打点计时器（J0203型），学生电源（J1202型或J1202－1型），纸带，测力计（J2104型），相同的橡皮筋3根，砂袋，导向杆，导向钩，木块，圆钉2根，直尺，细线。 【实验方法】 　　1．用测力计预先称出小车所受的重力，求出其质量。在长木板一侧钉上两根长钉，长钉上拴一根与木板面平行的横杆作为导向杆，如图2．17－1。将纸带系在小车上，并穿过打点计时器。把缓冲弹性金属片木块垫在木板上固定有打点计时器一端的下面。调节木块的位置，改变木板与桌面的倾角，直至轻推一下小车，小车能匀速运动为止。用细铁丝弯成图中所示的导向钩套入导向杆。导向钩下边的弯曲部分（钩状）的位置与小车上的钩及纸带（在小车运动时）应大致在一直线上。在导向钩下边上固定一指示标，其长度应比橡皮筋的自然长度约长2厘米，可用金属片或硬纸片做。 　　2．将一根橡皮筋的一端套入导向钩下边的钩上，另一端挂在小车前端的钩上。启动打点计时器，手握导向钩沿平行于木板方向拉小车加速运动，拉动中要保持橡皮筋伸长量不变（即橡皮筋与指示标的相对位置保持不变）。止动打点计时器后取下纸带，量出纸带上前20点（或30点）之间的距离S₁。这个距离约占纸带上打点长度的1/4－1/3。 　　3．换上新纸带，把两根橡皮筋并在一起套在导向钩和小车的钩上，重复步骤2的操作。注意橡皮筋的伸长应与步骤2相同。量出纸带上前20点之间的距离S₂。更换纸带，再并上一根橡皮筋做一次，量出纸带上前20点的距离S₃。比较S₁、S₂、S₃的大小，可以得出小车加速度与所受外力之间的关系。 　　4．保持用三根橡皮筋拉动小车。依次把预先称好的与小车质量相同的砂袋一个或两个放到小车上，重复步骤2的操作。操作中橡皮筋的伸长应与步骤2相同。分别测出纸带上前20点之间的距离S₄、S₅。比较S₃、S₄、S₅与小车和砂袋的总质量m₃、m₄、m₅，你可以得出小车的加速度与质量的关系。 【注意事项】 　　1．本实验的关键在拉动小车过程中保持橡皮筋有相同的伸长度。在正式实验之前要多练习几次。对市售橡皮筋要进行选择（在橡皮筋上挂上钩码，再把橡皮筋悬起来量其伸长），要有相同的自然长度，在相同拉力作用下伸长相同。 　　2．通常市售双股橡皮筋产生2－4牛的拉力时，伸长约为1－2厘米。若剪成单股，则产生1牛的拉力伸长约2厘米。若小车质量大于500克，用三根橡皮筋每根伸长2厘米，拉小车运动时，运动0．8米左右距离约需0．5秒以上，这种情况下操作比较方便。小车加速度太大，手不易控制橡皮筋一直保持恒定伸长。 　　3．本实验精度显然不高。但由于不涉及繁冗的计算，并对实验技巧有一定的要求，对于训练学生掌握实验的设计思想、培养探索精神和实验技巧是很有利的。 【思考题】 　　1．在实验中若导向杆稍高，拉动小车过程中橡皮筋不与木板平行（但夹角恒定），对实验的结论有无影响？为什么？ 　　2．实验中可不可以用比较相等位移所用的时间来比较小车的加速度？若行，如何实现？
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