一套实验仪器的多种用法
戴志娟
利用探究加速度与力、质量关系的实验装置，可以开展不同的实验.对比这些实验我们发现；实验思路、步骤和方法大致相同，但细节方面却不尽相同.出于不同的实验目的，我们用同一套装置时需要重新思考探究本文列举几道例题，对比这些实验，总结各个实验各自的特点，从而培养学生的知识迁移能力。
例1 某实验小组用如图1甲所示装置测量木板对木块的摩擦力所做的功。实验时，水块在重物牵引下向右运动，重物落地后，木块继续向右做匀减速运动。图乙是重物落地后打点计时器打出的纸带，纸带上的小黑点是计数点，相邻的两计数点之间还有4个点（图中未标出），计数点间的距离如图乙所示。已知打点计时器所用交流电的频率为50HZ。
（1）可以判断纸带的_____（填“左端”或“右端”）与木块连接。
（2）根据纸带提供的数据可计算出打点计时器在打下A点、B点时木块的速度。νA=_________m/s，νB=_________m/s，（结果保留两位有效数字）
（3）根据纸带提供的数据可计算出木块在AB段减速运动的加速度a=______m/s2，方向向______（填“左”或“右”），则木板对木块的动摩擦因数μ=_______.（结果保留两位有效数字）
（4）要测量在AB段木板对木块的摩擦力所做的功和A点到B点动能的变化量，还应测量的物理量是_____。
A.木板的长度L
B.木块的质量m1
C.重物的质量m2
D.A、B之间的距离x
（5）验证在AB段动能定理成立的关系式可表示为_______。（用题中所给的物理量的符号表示）
答案
（1）右端
（2）0.72 0.97
（3）0.64 向左 0.065
（4）BD
（5）
解析 （1）重物落地后，木块在摩擦力的作用下继续做匀减速直线运动，相邻计数点间的距离逐渐减小，纸带向右运动，故右端连着小木块。
（2）纸带上各计数点之间的时间间隔T=0.02s×5=0.1s，由匀变速直线运动的推论得：打A点时的速度：
例2 某实验兴趣小组为测一遥控电动小车的额定功率，进行了如下实验：
①用天平测出电动小车的质量为0.4kg；
②将电动小车、纸带和打点计时器按如图2所示安装；
③接通打点计时器（其打点周期为0.02s）；
④使电动小车以额定功率加速运动，达到最大速度一段时间后关闭小车电源。待小车静止时再关闭打点计时器（设在整个过程中小车所受的阻力恒定）。
在上述过程中，打点计时器在纸带上所打的点迹如图3甲、乙所示，圖中0点是打点计时器打的第一个点。
请你分析纸带数据，回答下列问题：
（1）该电动小车运动的最大速度为________m/s；
（2）该电动小车运动过程中所受的阻力大小为______N；
（3）该电动小车的额定功率为______W。
答案（1）1.50（2）1.60（3）2.40
解析 （1）根据纸带可知，当所打的点点距均匀时，小车匀速运动，牵引力等于阻力，此时速度最大，最大速度为：
例3某学习小组在“探究速度随时间的变化规律”的实验中，用如图4所示的气垫导轨装置来测小车的加速度，由导轨标尺可以测出两个光电门之间的距离L，窄遮光板的宽度为d，窄遮光板依次通过两个光电门的时间分别为t1、t2。
（1）通过两个光电门的瞬时速度分别为ν1=________，ν2=________。在计算瞬时速度时应用的物理方法是_______。（填“极限法”“微元法”或“控制变量法”。
（2）滑块的加速度可以表示为a=_______（用题中所给物理量表示）。
（3）实验中_________（填“需要”或“不需要”）将气垫导轨的一端垫高来平衡摩擦力，但若近似认为细线对小车的拉力与重物重力大小相等，则重物的质量m与小车的质量M间应满足的关系为_________。
（4）该学习小组经分析讨论后发现，实验不仅可以测出滑块的加速度，还可用上述实验装置来验证机械能守恒定律，为此还需测量的物理量是_____和______，机械能守恒的表达式为_____（用题中所给物理量和测量的物理量表示）。
（5）实验中，钓码减少的重力势能总是略大于系统增加的动能，主要原因是__________。
（5）空气阻力做功的影响
解析 （1）由于遮光条通过光电门的时间极短，可以用平均速度表示瞬时速度。根据匀变速直线运动的速度位移公式求出滑块的加速度。
（3）由于气垫导轨上的滑块已经实现与导轨脱离，因此滑块与导轨间已经不存在摩擦力的作用，但若近似认为细线对小车的拉力与重物重力大小相等，必须满足沙桶质量m远小于滑块的质量M。
（4）根据功能关系得重力做功的数值等于重力势能减小量。要注意本题的研究对象是系统。系统的总动能变化为：
（5）虽然导轨于滑块间的摩擦力不存在了，但空气对滑块的阻碍作用仍然不可避免，空气阻力对滑块所做的功使得系统的机械能稍微的减少了。
相同的实验装置，设计不同的实验，考察实验的相关知识，反推实验细节的设计，需要理论联系实际深入思考。从实验的设计层面，宏观把握实验的思路，才能真正地理解实验，做到举一反三。
利用探究加速度与力、质量关系的实验装置，可以开展不同的实验.对比这些实验我们发现；实验思路、步骤和方法大致相同，但细节方面却不尽相同.出于不同的实验目的，我们用同一套装置时需要重新思考探究本文列举几道例题，对比这些实验，总结各个实验各自的特点，从而培养学生的知识迁移能力。
例1 某实验小组用如图1甲所示装置测量木板对木块的摩擦力所做的功。实验时，水块在重物牵引下向右运动，重物落地后，木块继续向右做匀减速运动。图乙是重物落地后打点计时器打出的纸带，纸带上的小黑点是计数点，相邻的两计数点之间还有4个点（图中未标出），计数点间的距离如图乙所示。已知打点计时器所用交流电的频率为50HZ。
（1）可以判断纸带的_____（填“左端”或“右端”）与木块连接。
（2）根据纸带提供的数据可计算出打点计时器在打下A点、B点时木块的速度。νA=_________m/s，νB=_________m/s，（结果保留两位有效数字）
（3）根据纸带提供的数据可计算出木块在AB段减速运动的加速度a=______m/s2，方向向______（填“左”或“右”），则木板对木块的动摩擦因数μ=_______.（结果保留两位有效数字）
（4）要测量在AB段木板对木块的摩擦力所做的功和A点到B点动能的变化量，还应测量的物理量是_____。
A.木板的长度L
B.木块的质量m1
C.重物的质量m2
D.A、B之间的距离x
（5）验证在AB段动能定理成立的关系式可表示为_______。（用题中所给的物理量的符号表示）
答案
（1）右端
（2）0.72 0.97
（3）0.64 向左 0.065
（4）BD
（5）
解析 （1）重物落地后，木块在摩擦力的作用下继续做匀减速直线运动，相邻计数点间的距离逐渐减小，纸带向右运动，故右端连着小木块。
（2）纸带上各计数点之间的时间间隔T=0.02s×5=0.1s，由匀变速直线运动的推论得：打A点时的速度：
例2 某实验兴趣小组为测一遥控电动小车的额定功率，进行了如下实验：
①用天平测出电动小车的质量为0.4kg；
②将电动小车、纸带和打点计时器按如图2所示安装；
③接通打点计时器（其打点周期为0.02s）；
④使电动小车以额定功率加速运动，达到最大速度一段时间后关闭小车电源。待小车静止时再关闭打点计时器（设在整个过程中小车所受的阻力恒定）。
在上述过程中，打点计时器在纸带上所打的点迹如图3甲、乙所示，圖中0点是打点计时器打的第一个点。
请你分析纸带数据，回答下列问题：
（1）该电动小车运动的最大速度为________m/s；
（2）该电动小车运动过程中所受的阻力大小为______N；
（3）该电动小车的额定功率为______W。
答案（1）1.50（2）1.60（3）2.40
解析 （1）根据纸带可知，当所打的点点距均匀时，小车匀速运动，牵引力等于阻力，此时速度最大，最大速度为：
例3某学习小组在“探究速度随时间的变化规律”的实验中，用如图4所示的气垫导轨装置来测小车的加速度，由导轨标尺可以测出两个光电门之间的距离L，窄遮光板的宽度为d，窄遮光板依次通过两个光电门的时间分别为t1、t2。
（1）通过两个光电门的瞬时速度分别为ν1=________，ν2=________。在计算瞬时速度时应用的物理方法是_______。（填“极限法”“微元法”或“控制变量法”。
（2）滑块的加速度可以表示为a=_______（用题中所给物理量表示）。
（3）实验中_________（填“需要”或“不需要”）将气垫导轨的一端垫高来平衡摩擦力，但若近似认为细线对小车的拉力与重物重力大小相等，则重物的质量m与小车的质量M间应满足的关系为_________。
（4）该学习小组经分析讨论后发现，实验不仅可以测出滑块的加速度，还可用上述实验装置来验证机械能守恒定律，为此还需测量的物理量是_____和______，机械能守恒的表达式为_____（用题中所给物理量和测量的物理量表示）。
（5）实验中，钓码减少的重力势能总是略大于系统增加的动能，主要原因是__________。
（5）空气阻力做功的影响
解析 （1）由于遮光条通过光电门的时间极短，可以用平均速度表示瞬时速度。根据匀变速直线运动的速度位移公式求出滑块的加速度。
（3）由于气垫导轨上的滑块已经实现与导轨脱离，因此滑块与导轨间已经不存在摩擦力的作用，但若近似认为细线对小车的拉力与重物重力大小相等，必须满足沙桶质量m远小于滑块的质量M。
（4）根据功能关系得重力做功的数值等于重力势能减小量。要注意本题的研究对象是系统。系统的总动能变化为：
（5）虽然导轨于滑块间的摩擦力不存在了，但空气对滑块的阻碍作用仍然不可避免，空气阻力对滑块所做的功使得系统的机械能稍微的减少了。
相同的实验装置，设计不同的实验，考察实验的相关知识，反推实验细节的设计，需要理论联系实际深入思考。从实验的设计层面，宏观把握实验的思路，才能真正地理解实验，做到举一反三。
