用皮筋能牵引力学台车前进吗?

实验内容

利用皮筋的伸长来测量力学台车的加速度,从而印证牛顿第二定律。

所需材料

力学台车(以下简称为台车)、长度为0.80m的皮筋(把一头绕成圈)、长度1m的直尺(上面绑着4根皮筋)、与台车质量相等的砝码3个(由装在布袋内的干燥砂子做成)、计时器、台秤。

实验方法和要点

1.把计时器安装在桌子一端,把纸带穿过计时器连接到台车上。按照图1所示,把皮筋拴在台车上后,用发筋在水平方向上牵引台车,并用直尺保持一定的伸长量。本实验可在长2m以上的实验桌上进行。只要反复练习2~3次,任何人都可以操作这个实验。以下所示实验的计时器的记录速度是每1秒钟打出50个记录点。

图1

2.【实验1】力(F)和加速度(a)的关系

①把1根皮筋栓在台车上,牵引台车并保持皮筋拉伸的长度在10cm,用计时器在记录纸带上记录台车的运动状态。

②把2根皮筋拴在台车上,牵引台车并保持皮筋拉伸的长度在10cm(即用2倍于①的力牵引台车),用计时器在记录纸带上记录台车的运动状态。

③拴在台车上皮筋的数量增加到3根、4根后,牵引台车(即先后用3倍、4倍于①的力牵引台车),进行与①相同的实验。

【实验2】质量(m)和加速度(a)的关系

①把4根皮筋拴在台车上,牵引台车并保持皮筋拉伸的长度在10cm,用计时器将台车的运动状态记录在纸带上。台车的质量有下面的4种情形。

②(Ⅰ)只有台车

(Ⅱ)在台车上放一个砝码

(Ⅲ)在台车上放两个砝码

(Ⅳ)在台车上放三个砝码

3.图2是记录纸带上记录到的测量结果。如果开始时的记录点很难分辨的话,要把能清楚分辨的点作为0点。记录纸按照每个5点(经过时间是0.1秒)剪断,按照图3那样,依次粘到坐标纸上。因为每个记录纸带的长度是台车在0.1秒间行走的距离,所以,可以用它来表示测出的平均速度v(单位是cm/0.1秒)。以速度值为竖轴坐标,以时间轴为横轴坐标,以每段记录纸带,做为0.1秒、0.2秒……。

图2

4.把粘到坐标纸上的纸带的顶端中心点连成线、得到曲线图。加速度的值用曲线的斜率表示。例如,图3中的A、B之间的平均加速度是(4cm/0.1秒)÷(0.1秒)=4cm/(0.1秒)2

图3

5.把【实验1】中的①②③纸带按照图4所示那样,重叠粘贴,求出①②③各自的加速度,在坐标纸的横轴上,读取拉力F,在竖轴上读取加速度a,求出加速度与拉力的关系(图5)。

图4、图5

6.把【实验2】中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的纸带,按照图6所示那样,重叠粘贴在一起,求出Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ各自的加速度,在坐标纸的横轴上读取质量的倒数(1/m),竖轴上读取加速度a,求出加速度与质量的关系(图7)。

图6、图7

7.从以上的实验求出加速度、质量及力之间的关系。

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发布时间:2014/11/9 下午9:06:30  阅读次数:6338

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