Question

16．如图所示，小车1、2并排放置在长木板上，车左端由细绳连接至悬挂钩码的滑轮，车右端的细绳通过一个夹子控制．这一装置可以定性地探究加速度与力、质量的关系．试简述其实验步骤及实验原理．

Answer 1

分析 本实验是控制变量法的实验，探究“加速度与质量之间的关系”时，要保证拉力不变．盘和盘中砝码的质量远远小于小车的质量，绳对小车拉力大小等于盘和盘中砝码的重力．根据初速度为零的匀变速直线运动位移时间公式得出位移与加速度关系．

解答 解：实验原理：控制变量法
实验步骤：两个相同的小车放在光滑水平板上，车左端各系一条细绳，绳跨过定滑轮个挂一个相同的小盘，盘中可放砝码．两个小车右端通过细线用夹子固定，打开夹子，小车在小盘和砝码的牵引下运动，合上夹子，两小车同时停止．实验中可以通过在车中放砝码改变小车的质量，测量运动位移，用位移公式处理，由$x=\frac{1}{2}a{t}_{\;}^{2}$，位移之比等于加速度之比$\frac{{a}_{1}^{\;}}{{a}_{2}^{\;}}=\frac{{x}_{1}^{\;}}{{x}_{2}^{\;}}$，通过刻度尺测量两辆小车的位移，
当车质量一定时，绳子拉力F近似等于砝码盘以及其中砝码的总重力mg，通过实验测得$\frac{{F}_{1}^{\;}}{{F}_{2}^{\;}}=\frac{{x}_{1}^{\;}}{{x}_{2}^{\;}}$，得出结论：小车质量一定时，$\frac{{a}_{1}^{\;}}{{a}_{2}^{\;}}=\frac{{F}_{1}^{\;}}{{F}_{2}^{\;}}$，即a∝F
当拉力一定时，通过在小车上增减砝码改变小车的质量，有$\frac{{x}_{1}^{\;}}{{x}_{2}^{\;}}=\frac{{M}_{2}^{\;}}{{M}_{1}^{\;}}$，所以$\frac{{a}_{1}^{\;}}{{a}_{2}^{\;}}=\frac{{M}_{2}^{\;}}{{M}_{1}^{\;}}$，得出结论：合力一定时，$\frac{{a}_{1}^{\;}}{{a}_{2}^{\;}}=\frac{{M}_{2}^{\;}}{{M}_{1}^{\;}}$，即a∝$\frac{1}{M}$
综上，加速度与力成正比，与质量成反比

点评 只要真正掌握了实验原理就能顺利解决此类实验题目，而实验步骤，实验数据的处理都与实验原理有关，故要加强对实验原理的学习和掌握．