题目内容

12.如图为某同学“探究牛顿第一定律”的实验装置.该同学先后三次将同一木块放在同一斜面上的同一高度,然后分别用不同的力推了一下木块,使其沿斜面向下运动,逐渐减小水平面的粗糙程度,观察木块运动的距离,从而得出力和运动的关系.
(1)该同学在实验操作中有一处明显的错误是(不要求解释错误的原因)分别用不同的力推了一下木块.
(2)为什么三次实验要在同一高度释放小车?
(3)更正错误后进行实验,从实验中观察到,随着摩擦力的逐渐减小,木块在水平面上运动的距离逐渐变长;由于实验中摩擦力不可能为零,所以不可能观察到木块在水平面上做匀速运动的情形.
(4)在上述实验观察分析的基础上,可以推测:如果摩擦力减小为零,水平面足够长,那木块在水平面上的速度既不减小,也不增加,运动方向也不发生变化,木块将做匀速直线运动.
(5)运用力和运动的知识进行判断:运动的物体受力不平衡时,运动状态改变(选填“改变”或“不改变”);力是改变(选填“改变”或“维持”)物体运动状态的原因.

分析 (1)实验中为了验证物体速度相同时,木块受到的不同的阻力对其速度的影响,因此实验中要保证木块的初始速度相同.故由此可以找出其操作中存在的错误;
(2)本实验影响小车运动距离远近的因素主要有两个:一是摩擦力的大小;二是小车到达水平面的速度大小;因此探究小车滑行的距离与摩擦力的关系时,就必须确保到达水平面时的速度相同;
(3)根据图示的实验现象,结合实验目的,可以确定随着摩擦力的减小其运动距离、运动时间的变化;
(4)根据匀速直线运动的定义,结合题目中提到的运动情形即可得到答案;
(5)物体处于静止或匀速直线运动状态时,受到的力一定是平衡力;力是物体运动状态发生改变的原因,惯性是维持物体运动状态不变的原因.

解答 解:
(1)木块运动的距离长短不仅与木块受到的摩擦力有关,还与物体的初始速度有关,因此在研究摩擦力对其运动距离的影响时,要控制木块的速度相同,即要用到控制变量法,由于用不同的力推木块,导致了木块的初始速度不同,故这种操作是错误的;
(2)使小车从同一高度滑下,目的是为了让小车到达水平面就具有相同的速度;
(3)随着接触面的改变,发现接触面越来越光滑,摩擦力越来越小,木块运动的距离会越来越长,运动的时间也越来越长.物体由于在运动过程中,受到的摩擦力不可能为零,故不能保持平衡状态,所以不会出现木块做匀速直线运动的现象;
(4)根据匀速直线运动的定义可知:当物体的速度不变,经过的路线是直线的运动即为匀速直线运动;
(5)运动的物体受力平衡时,运动状态不改变,受力不平衡时,运动状态一定改变;
力是改变物体运动状态的原因,物体的运动状态改变,肯定是受到了非平衡力的作用.
故答案为:(1)分别用不同的力推了一下木块;(2)为了让小车滑到水平面的初速度相同;(3)变长;不可能为零;(4)匀速直线运动;(5)改变;改变.

点评 牛顿第一定律是在实验的基础上,加上科学的推理得出的,它不能用实验来验证,其原因是现实生活中没有不受外力的物体.

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