用电磁打点计时器研究加速度与力及质量的关系

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【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），托盘天平（200克，0．1克）或学生天平（J0104型），砂桶，砂袋，纸带，直尺，细线，木块。 【实验方法】 　　1．用天平测出小车质量m，在砂桶内加适量的砂，用天平测出砂和桶的总质量m₁（要保证m₁≤0．05m。把打点计时器固定在长木板上（见图2．18）。 2．把纸带系在小车上，并使纸带穿过打点计时器。把木块垫在装有打点计时器的木板一端下面，调节木块位置使小车能在木板上做匀速运动。这时，小车所受摩擦阻力与小车所受重力沿斜面方向的分力平衡（注意此时未挂砂桶）。 小车质量不变时的实验记录 小车质量m＝_____千克，计数点间时间间隔T=______秒 纸带编号 砂桶总质量m₁（千克） 加速力F＝m₁g（牛顿） 连续相等时间内的位移s（米） 位移差s_n+3－s_n（米） 加速度a（米/秒²） 加速度平均值（米/秒²） 1     s₁ s₂ s₃ s₄ s₅ s₆ s_{7 ……} s₄－s₁＝ s₅－s₂＝ s₆－s₃＝ s₇－s₄＝ _…… a₁＝ a₂＝ a₃＝ a₄＝ _……    2              3               　　3．把系在砂桶上的细线绕过木板上的定滑轮后系在小车上，把小车放在打点计时器附近，接通电源，放开小车，便在纸带上留下反映小车运动状况的点迹。取下纸带并编上号码。 　　4．给小车换上新纸带，保持小车质量不变。往砂桶内加一些砂，并称出其质量（注意仍需保证m>>m₁）。重复步骤3。如此做几次。对各次实验所得的纸带取好计数点，进行测量和计算，求出每条纸带对应的小车的加速度，分别记入上页的表格中。 　　5．保持砂桶总质量m₁不变，往小车上依次加不同数目的砂袋（其质量预先测出），重复步骤3几次。把各次纸带数据记入下面的表格中。 加速的力恒定时的实验记录 砂桶总质量m₁＝_____千克，加速的力F≈m₁g_____牛，计数点间时间间隔T=______秒 纸带编号 小车质量m（千克） 砂袋质量m₂（千克） 计数点间位移s（米） 位移差s_n+3－s_n（米） 加速度a（米/秒²） 加速度平均值（米/秒²） 1     s₁ s₂ s₃ s₄ s₅ s₆ s_{7 ……} s₄－s₁＝ s₅－s₂＝ s₆－s₃＝ s₇－s₄＝ _…… a₁＝ a₂＝ a₃＝ a₄＝ _……                               　　6．分析实验数据，看是否符合牛顿第二定律。 【思考题】 　　1．如果实验所得a－F图线是不通过坐标原点的直线，当图线与F轴的截距为正时，是什么原因引起的？当图线与a轴的截距为正时，又是什么原因引起的？试从调节小车匀速运动一步中可能出现的问题去分析。 　　2．采用在长木板下垫木块的办法来平衡摩擦力时，若改变小车的质量，需要重新调整木板的倾角吗？为什么？