2025年高考利用重力沿斜面的下滑分力驅(qū)動(dòng)小車(chē)

　　【目的和要求】

　　用比較法探索物體在質(zhì)量一定時(shí)，其加速度與所受外力的關(guān)系；以及物體在所受外力恒定時(shí)，加速度與其質(zhì)量的關(guān)系。

　　【實(shí)驗(yàn)原理】

　　本實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思想是：先使物體做勻速直線運(yùn)動(dòng)，消除摩擦阻力對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的影響，以便于確定使物體產(chǎn)生加速度的力的值；根據(jù)S＝（1／2）at2。對(duì)于初速為零的勻加速運(yùn)動(dòng)的物體，可以采用比較物體在相等時(shí)間內(nèi)運(yùn)動(dòng)的位移來(lái)比較物體運(yùn)動(dòng)的加速度。

　　【儀器和器材】

　　兩個(gè)傾角連續(xù)可調(diào)的斜面（盡可能光滑一些），兩輛小車(chē)（其輪最好用滾珠軸承，兩車(chē)質(zhì)量應(yīng)相同），砂袋兩個(gè)（質(zhì)量與小車(chē)質(zhì)量相同），直尺，測(cè)力計(jì)（J2104型）。

　　【實(shí)驗(yàn)方法】

　　1．把兩個(gè)斜面并排地放在桌面上。在斜面末端均裝上緩沖片（彈性金屬片）。調(diào)節(jié)兩斜面的傾角，使兩斜面傾角相差10°－15°。

　　2．把兩輛小車(chē)分別放在兩個(gè)科面上。用測(cè)力計(jì)沿平行于斜面方向拉住小車(chē)，分別讀出其示數(shù)。在摩擦力可以忽略時(shí)，這就是小車(chē)自由下滑時(shí)產(chǎn)生加速度的力的大小。根據(jù)所測(cè)力的大小，估計(jì)兩小車(chē)同時(shí)釋放、同時(shí)到達(dá)斜面末端所應(yīng)具有的初始位置。把兩小車(chē)置于所估計(jì)的位置，并隨即在斜面一側(cè)標(biāo)記出這個(gè)位置。然后同時(shí)自由釋放小車(chē)，看它們是否同時(shí)到達(dá)斜面末端。若沒(méi)有同時(shí)到達(dá)，則重新調(diào)整其中一輛小車(chē)的初始位置（注意標(biāo)記出新位置），再同時(shí)釋放小車(chē)。如此調(diào)節(jié)，直至兩車(chē)同時(shí)釋放，同時(shí)到達(dá)斜面末端為止。量出兩車(chē)運(yùn)動(dòng)的位移S1和S2，與兩車(chē)所受的力F1、F2比較，得出小車(chē)的加速度與外力的關(guān)系。

　　3．重新調(diào)整兩斜面的傾角，重復(fù)步驟2的實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證步驟2所得結(jié)論的正確性。

　　4．把一輛小車(chē)放在斜面上，測(cè)出其自由下滑時(shí)的力。把另一輛車(chē)放在另一斜面上，并在其上加一砂袋。用彈簧秤沿平行于斜面方向拉住小車(chē)，調(diào)整此斜面的傾角，直至彈簧秤的示數(shù)與前一車(chē)的相同為止，擰緊緊固螺栓。根據(jù)兩車(chē)質(zhì)量的大小關(guān)系，找出兩車(chē)同時(shí)釋放能同時(shí)到達(dá)斜面末端所應(yīng)具有的初始位置，分別標(biāo)記下來(lái)。量出兩車(chē)的位移S′1和S′2與兩車(chē)相應(yīng)的質(zhì)量m1、m2比較，得出有關(guān)小車(chē)的加速度和質(zhì)量的關(guān)系。

　　5．在一輛車(chē)上加兩個(gè)砂袋，重復(fù)步驟4的操作，驗(yàn)證步驟4所得的結(jié)論。

　　【注意事項(xiàng)】

　　1．本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中忽略了摩擦阻力的影響。實(shí)際裝置中的摩擦是否可以忽略呢？可用下述辦法判斷：用彈簧秤沿斜面方向拉住小車(chē)緩慢勻速上移或下滑。若彈簧秤示數(shù)幾乎不變，則證明摩擦力很小，可以不計(jì)。若彈簧秤示數(shù)有明顯變化，則應(yīng)以緩慢下滑時(shí)彈簧靜的示數(shù)F下作為使小車(chē)產(chǎn)生加速度的力（因?yàn)镕下＝mgsina－f，a斜面傾角）。

　　2．本實(shí)驗(yàn)方法中確保“同時(shí)釋放”，準(zhǔn)確判定“同時(shí)到達(dá)”是提高實(shí)驗(yàn)精度的關(guān)鍵。為了保證同時(shí)釋放，可在兩小車(chē)靠斜面頂端一側(cè)系上細(xì)線，用同一夾子夾�。ň�的長(zhǎng)短應(yīng)以?shī)A子同時(shí)夾住兩線的自由端為準(zhǔn)）。實(shí)驗(yàn)時(shí)松開(kāi)夾子兩車(chē)就能同時(shí)起動(dòng)。為了準(zhǔn)確判定“同時(shí)到達(dá)”，可以貼一紙條把兩斜面的緩沖金屬片連起來(lái)。在小車(chē)撞擊時(shí)，紙條兩端同時(shí)移動(dòng)，則表示兩車(chē)同時(shí)到達(dá)。

　　【思考題】

　　1．實(shí)驗(yàn)中是怎樣實(shí)現(xiàn)兩車(chē)質(zhì)量相同時(shí)加速的力不同和兩車(chē)質(zhì)量不同時(shí)加速的力相同的？用一個(gè)斜面。兩個(gè)小車(chē)能否達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康�？為什么�?/p>

　　2．在做兩車(chē)質(zhì)量相同、加速的力不同的實(shí)驗(yàn)時(shí)，你認(rèn)為兩斜面的傾角是差別大一些好還是小一些好？用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證你的判斷。（提示：從使兩車(chē)加速的力應(yīng)有差別和易于實(shí)現(xiàn)“同時(shí)到達(dá)”兩方面去思考。）

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