利用重力沿斜面的下滑分力驱动小车

【目的和要求】

　　用比较法探索物体在质量一定时，其加速度与所受外力的关系；以及物体在所受外力恒定时，加速度与其质量的关系。

【实验原理】

　　本实验的设计思想是：先使物体做匀速直线运动，消除摩擦阻力对物体运动的影响，以便于确定使物体产生加速度的力的值；根据S＝（1／2）at²。对于初速为零的匀加速运动的物体，可以采用比较物体在相等时间内运动的位移来比较物体运动的加速度。

【仪器和器材】

　　两个倾角连续可调的斜面（尽可能光滑一些），两辆小车（其轮最好用滚珠轴承，两车质量应相同），砂袋两个（质量与小车质量相同），直尺，测力计（J2104型）。

【实验方法】

　　1．把两个斜面并排地放在桌面上（图2．17－2中只画了一个）。在斜面末端均装上缓冲片（弹性金属片）。调节两斜面的倾角，使两斜面倾角相差10°－15°。

　　2．把两辆小车分别放在两个科面上。用测力计沿平行于斜面方向拉住小车，分别读出其示数。在摩擦力可以忽略时，这就是小车自由下滑时产生加速度的力的大小。根据所测力的大小，估计两小车同时释放、同时到达斜面末端所应具有的初始位置。把两小车置于所估计的位置，并随即在斜面一侧标记出这个位置。然后同时自由释放小车，看它们是否同时到达斜面末端。若没有同时到达，则重新调整其中一辆小车的初始位置（注意标记出新位置），再同时释放小车。如此调节，直至两车同时释放，同时到达斜面末端为止。量出两车运动的位移S₁和S₂，与两车所受的力F₁、F₂比较，得出小车的加速度与外力的关系。

　　3．重新调整两斜面的倾角，重复步骤2的实验，验证步骤2所得结论的正确性。

　　4．把一辆小车放在斜面上，测出其自由下滑时的力。把另一辆车放在另一斜面上，并在其上加一砂袋。用弹簧秤沿平行于斜面方向拉住小车，调整此斜面的倾角，直至弹簧秤的示数与前一车的相同为止，拧紧紧固螺栓。根据两车质量的大小关系，找出两车同时释放能同时到达斜面末端所应具有的初始位置，分别标记下来。量出两车的位移S′₁和S′₂与两车相应的质量m₁、m₂比较，得出有关小车的加速度和质量的关系。

　　5．在一辆车上加两个砂袋，重复步骤4的操作，验证步骤4所得的结论。

【注意事项】

　　1．本实验设计中忽略了摩擦阻力的影响。实际装置中的摩擦是否可以忽略呢？可用下述办法判断：用弹簧秤沿斜面方向拉住小车缓慢匀速上移或下滑。若弹簧秤示数几乎不变，则证明摩擦力很小，可以不计。若弹簧秤示数有明显变化，则应以缓慢下滑时弹簧静的示数F_下作为使小车产生加速度的力（因为F_下＝mgsina－f，a斜面倾角）。

　　2．本实验方法中确保“同时释放”，准确判定“同时到达”是提高实验精度的关键。为了保证同时释放，可在两小车靠斜面顶端一侧系上细线，用同一夹子夹住（线的长短应以夹子同时夹住两线的自由端为准）。实验时松开夹子两车就能同时起动。为了准确判定“同时到达”，可以贴一纸条把两斜面的缓冲金属片连起来。在小车撞击时，纸条两端同时移动，则表示两车同时到达。

【思考题】

　　1．实验中是怎样实现两车质量相同时加速的力不同和两车质量不同时加速的力相同的？用一个斜面。两个小车能否达到实验目的？为什么？

　　2．在做两车质量相同、加速的力不同的实验时，你认为两斜面的倾角是差别大一些好还是小一些好？用实验验证你的判断。（提示：从使两车加速的力应有差别和易于实现“同时到达”两方面去思考。）