2025年高考利用重力沿斜面的下滑分力驅動(dòng)小車(chē)

　　【目的和要求】

　　用比較法探索物體在質(zhì)量一定時(shí)，其加速度與所受外力的關(guān)系；以及物體在所受外力恒定時(shí)，加速度與其質(zhì)量的關(guān)系。

　　【實(shí)驗原理】

　　本實(shí)驗的設計思想是：先使物體做勻速直線(xiàn)運動(dòng)，消除摩擦阻力對物體運動(dòng)的影響，以便于確定使物體產(chǎn)生加速度的力的值；根據S＝（1／2）at2。對于初速為零的勻加速運動(dòng)的物體，可以采用比較物體在相等時(shí)間內運動(dòng)的位移來(lái)比較物體運動(dòng)的加速度。

　　【儀器和器材】

　　兩個(gè)傾角連續可調的斜面（盡可能光滑一些），兩輛小車(chē)（其輪最好用滾珠軸承，兩車(chē)質(zhì)量應相同），砂袋兩個(gè)（質(zhì)量與小車(chē)質(zhì)量相同），直尺，測力計（J2104型）。

　　【實(shí)驗方法】

　　1．把兩個(gè)斜面并排地放在桌面上。在斜面末端均裝上緩沖片（彈性金屬片）。調節兩斜面的傾角，使兩斜面傾角相差10°－15°。

　　2．把兩輛小車(chē)分別放在兩個(gè)科面上。用測力計沿平行于斜面方向拉住小車(chē)，分別讀出其示數。在摩擦力可以忽略時(shí)，這就是小車(chē)自由下滑時(shí)產(chǎn)生加速度的力的大小。根據所測力的大小，估計兩小車(chē)同時(shí)釋放、同時(shí)到達斜面末端所應具有的初始位置。把兩小車(chē)置于所估計的位置，并隨即在斜面一側標記出這個(gè)位置。然后同時(shí)自由釋放小車(chē)，看它們是否同時(shí)到達斜面末端。若沒(méi)有同時(shí)到達，則重新調整其中一輛小車(chē)的初始位置（注意標記出新位置），再同時(shí)釋放小車(chē)。如此調節，直至兩車(chē)同時(shí)釋放，同時(shí)到達斜面末端為止。量出兩車(chē)運動(dòng)的位移S1和S2，與兩車(chē)所受的力F1、F2比較，得出小車(chē)的加速度與外力的關(guān)系。

　　3．重新調整兩斜面的傾角，重復步驟2的實(shí)驗，驗證步驟2所得結論的正確性。

　　4．把一輛小車(chē)放在斜面上，測出其自由下滑時(shí)的力。把另一輛車(chē)放在另一斜面上，并在其上加一砂袋。用彈簧秤沿平行于斜面方向拉住小車(chē)，調整此斜面的傾角，直至彈簧秤的示數與前一車(chē)的相同為止，擰緊緊固螺栓。根據兩車(chē)質(zhì)量的大小關(guān)系，找出兩車(chē)同時(shí)釋放能同時(shí)到達斜面末端所應具有的初始位置，分別標記下來(lái)。量出兩車(chē)的位移S′1和S′2與兩車(chē)相應的質(zhì)量m1、m2比較，得出有關(guān)小車(chē)的加速度和質(zhì)量的關(guān)系。

　　5．在一輛車(chē)上加兩個(gè)砂袋，重復步驟4的操作，驗證步驟4所得的結論。

　　【注意事項】

　　1．本實(shí)驗設計中忽略了摩擦阻力的影響。實(shí)際裝置中的摩擦是否可以忽略呢？可用下述辦法判斷：用彈簧秤沿斜面方向拉住小車(chē)緩慢勻速上移或下滑。若彈簧秤示數幾乎不變，則證明摩擦力很小，可以不計。若彈簧秤示數有明顯變化，則應以緩慢下滑時(shí)彈簧靜的示數F下作為使小車(chē)產(chǎn)生加速度的力（因為F下＝mgsina－f，a斜面傾角）。

　　2．本實(shí)驗方法中確保“同時(shí)釋放”，準確判定“同時(shí)到達”是提高實(shí)驗精度的關(guān)鍵。為了保證同時(shí)釋放，可在兩小車(chē)靠斜面頂端一側系上細線(xiàn)，用同一夾子夾�。ň�(xiàn)的長(cháng)短應以?shī)A子同時(shí)夾住兩線(xiàn)的自由端為準）。實(shí)驗時(shí)松開(kāi)夾子兩車(chē)就能同時(shí)起動(dòng)。為了準確判定“同時(shí)到達”，可以貼一紙條把兩斜面的緩沖金屬片連起來(lái)。在小車(chē)撞擊時(shí)，紙條兩端同時(shí)移動(dòng)，則表示兩車(chē)同時(shí)到達。

　　【思考題】

　　1．實(shí)驗中是怎樣實(shí)現兩車(chē)質(zhì)量相同時(shí)加速的力不同和兩車(chē)質(zhì)量不同時(shí)加速的力相同的？用一個(gè)斜面。兩個(gè)小車(chē)能否達到實(shí)驗目的？為什么？

　　2．在做兩車(chē)質(zhì)量相同、加速的力不同的實(shí)驗時(shí)，你認為兩斜面的傾角是差別大一些好還是小一些好？用實(shí)驗驗證你的判斷。（提示：從使兩車(chē)加速的力應有差別和易于實(shí)現“同時(shí)到達”兩方面去思考。）

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