力学轨道小车的使用实验报告

力学轨道小车的使用班级：物理091实验目的1、熟悉力学轨道小车的工作原理、使用和操作；2、利用力学轨道小车探究小车速度随时间的变化，获得实验体会；3、利用力学轨道小车探究加速度与力、质量的关系，验证牛顿第二定律；4、明确打点计时器的工作原理，掌握打点计时器的操作要领；5、探讨运动学的教学方法，规律验证的演示技巧，提高教学技能。实验器材JO4263型力学轨道小车、沙袋、电子天平、纸带、弹簧秤、复写纸片、低压交流电源、刻度尺、钩码、两根导线三、实验过程(一)验证牛顿第二定律实验过程（1）实验准备工作将轨道放在实验桌上,小车正确地放到轨道上，用手轻轻推动小车,小车应能灵活运动。如不能灵活运动，则应检查原因,排除故障。轨道小车在实验时,一般应采用电火花计时器进行打点计量,如学校没有配备电火花计时器,也可采用电磁打点计时器计时。将电火花计时器装在轨道左端计时器架上,并用紧固螺杆将其紧固。将长度为900mm的纸带,穿过电火花计时器,卡牢在小车尾部纸带夹上,为避免小车运动时受到纸带造成的意外障碍,纸带应尽量拉直,平放在计时器架后的平板上,如图所示。（2）平衡摩擦力的方法小车在轨道上运动,虽然摩擦力很小,但不可能等于零。同时小车拖着纸带运动,纸带和电火花计时器之间也不可避免地要产生摩擦力。因此在有些实验中,必须采用平衡摩擦力的方法来消除它们对实验的影响。通常有两种方法平衡摩擦力,一种是轨道倾斜法,另一种是牵引法。现介绍如何用轨道倾斜法来平衡摩擦力。轨道倾斜法是将轨道倾斜一定角度,用小车重力产生的平行于轨道的分力来平衡小车运动时受到的摩擦力。将拖着纸带的小车放在轨道始端,但不要用止动弹簧片卡住。牵引线绕好,放在小车箱内,均匀地转动两只调节轨道斜度的螺杆,使轨道倾斜,此时拨动一下小车,小车带着纸带在轨道上运动,如果速度越来越慢,则应继续增大轨道倾斜角度;如果速度越来越快,则应减小轨道倾斜角度,直到小车在轨道上作匀速运动,则摩擦力被平衡。调节轨道倾斜度时,两调节螺杆应均匀调节,防止出现一端高一端低。轨道小车采用轨道倾斜法平衡摩擦力后,将小车停靠在轨道左端并用弹簧片止动。（3）实验原理用砂及砂桶通过细线牵引小车做加速运动的方法，采用控制变量法研究上述两组关系。通过适当的调节，使小车所受的阻力忽略，当M和m做加速运动时，可以得到gMmmaMmmmgT.当Mm时，可近似认为小车所受的拉力T等于mg。本实验第一部分保持小车的质量不变，改变m的大小，测出相应的a，验证a与F的关系；第二部分保持m不变，改变M的大小，测出小车运动的加速度a，验证a与M的关系。（4）验证牛顿第二定律1）验证加速度与作用力成正比以沙袋作为重力,作一次匀加速运动实验,得出一条记录纸带,按逐差法计算出加速度a1。为了得到作用在小车上的力，我们采用等效替代的方法，即在运动的过程中使红色部分介于两个钢柱之间，再在静止的时候用弹簧秤将弹力测出就可以得到小车所受的拉力。改变钢柱的位置，采用同样的方法，就可以得到再不同质量沙袋作用下，即在不同力作用下的小车的加速度。2）验证加速度与运动体质量成反比在小车上加上不同质量的砝码，保持沙袋的质量不变，就可以保证用相同的作用力作用。用上述方法测出在相同作用力下，不同质量小车的加速度。（3）实验步骤（1）用天平测出车的质量M，沙袋的质量m。（2）安装好实验装置。（3）平衡车和纸带受的摩擦力。（4）把细绳系在小车上，并绕过滑轮悬挂小桶。接通电源，放开小车，打点计时器在纸带上打下一系列点。取下纸带,在纸带上标上纸带号码。（5）保持车的质量不变，通过改变沙袋的质量而改变车所受到的牵引力，再做几次实验。在每条纸带上选取一段比较理想的部分，测量各计数点间的距离nS，利用公式2aTS，计算出各条纸带所对应的小车的加速度。（6）根据实验结果画出车运动的Fa图线，如图线是过原点的倾斜直线，则证明物体运动的加速度a和合外力大小成正比。（7）保持砂子和小桶的质量不变，在小车上加放砝码，重复上面的实验。（8）根据实验结果画出小车运动时的mMa1图线，如果图线是过原点的的倾斜直线，则证明物体运动的加速度a和物体的质量大小成反比。四，实验数据与数据处理本实验的实验数据处理方法为逐差法和图像法，为了得到规律，我们做了如下探究：（1）小车质量不变，探究加速度与合外力大小的关系我们以六个数据点之间的长度为一个数据单位（时间间隔为0.1秒）1）F=0.39NM=250gT=0.1SS1(cm)S2(cm)S3(cm)S4(cm)S5(cm)S6(cm)4.555.567.128.259.6911.08利用逐差法处理数据项目S6-S3(cm)S5-S2(cm)S4-S1(cm)ΔS(cm)3.964.133.70a（m/s2）1.3201.3771.233平均加速度：1.310m/s22）F=0.28NM=250gT=0.1SS1(cm)S2(cm)S3(cm)S4(cm)S5(cm)S6(cm)4.995.817.157.519.099.91利用逐差法处理数据项目S6-S3(cm)S5-S2(cm)S4-S1(cm)ΔS(cm)2.763.282.52a（m/s2）0.9201.0930.840平均加速度：0.951m/s23）F=0.43NM=250gT=0.1SS1(cm)S2(cm)S3(cm)S4(cm)S5(cm)S6(cm)4.015.757.218.8010.4112.01利用逐差法处理数据项目S6-S3(cm)S5-S2(cm)S4-S1(cm)ΔS(cm)4.804.664.79a（m/s2）1.601.5531.579平均加速度：1.583m/s24）力与加速度的关系F(N)0.390.280.43a（m/s2）1.3100.9511.583(2)合外力不变，探究加速度与小车质量的关系1）F=0.43NM=299.96gT=0.1SS1(cm)S2(cm)S3(cm)S4(cm)S5(cm)S6(cm)2.854.225.757.108.6110.01利用逐差法处理数据项目S6-S3(cm)S5-S2(cm)S4-S1(cm)ΔS(cm)4.264.394.25a（m/s2）1.4201.4631.417平均加速度：1.433m/s22）F=0.43NM=349.81gT=0.1SS1(cm)S2(cm)S3(cm)S4(cm)S5(cm)S6(cm)2.653.895.206.377.609.01利用逐差法处理数据项目S6-S3(cm)S5-S2(cm)S4-S1(cm)ΔS(cm)3.813.713.72a（m/s2）1.2701.2371.240平均加速度：1.249m/s23）F=0.43NM=399.6gT=0.1SS1(cm)S2(cm)S3(cm)S4(cm)S5(cm)S6(cm)3.694.986.017.218.259.45利用逐差法处理数据项目S6-S3(cm)S5-S2(cm)S4-S1(cm)ΔS(cm)3.443.273.52a（m/s2）1.1471.0901.173平均加速度：1.137m/s24)质量与加速度的关系m（kg）0.299960.349810.3996a（m/s2）1.4331.2491.137四，实验体会通过这次的学习，我们熟悉和掌握了利用轨道小车验证牛顿第二定律的方法、过程。在实验进行中，对实验器材有了更深刻的理解和掌握。使用力学轨道小车过程中，不由的感觉到综合性实验器材的优势之处，此实验仪器将力学的几个常用的实验仪器归结到一个综合实验仪器中，可以利用一组工具完成多个实验，便于实验过程中的综合性思维和跨越性思维的培养，也有利于学生对物理知识的综合运用。在演示实验的过程中，需要向学生说明各个实验的实验原理，尤其是实验本身跟力学轨道小车的结合原理，使得学生利用力学轨道小车能够完成实验，并且鼓励学生利用轨道小车设计新的实验，培养学生的创新精神。在实验教学中，实验方法致关重要，在中学物理实验中，控制变量法、放大法和观察法是最常用的三种实验方法，此外还有替代法、平衡法、比较法、模拟法、转换法、累积法、理想化法、外推法、留迹法等实验方法，在教学的过程中，需要向学生说明实验使用的方法，并引导学生自主对实验方法进行判断。