探究加速度与力、质量关系的装置的制作方法

本实用新型涉及物理实验装置
技术领域：
，具体是指探究加速度与力、质量关系的装置。
背景技术：
：对于传统的探究加速度与力、质量关系的实验，认为砝码与砝码盘的总重力就是小车所受到的拉力大小，其实是一种近似，随着砝码的增加这种误差会增加，高中学生对传统的方案，有关近似法的理解有一定困难，其原因是，教材中提供的传统方案因实验原理不完善而造成了系统误差，另外，小车在木板上运动时必然会受到摩擦力的作用，所以要平衡摩擦力，且在平衡摩擦力时，可把有打点计时器的那一端木板适当抬高，给小车一个初速度，若车子能匀速下滑，则小车所受的摩擦力和其重力沿斜面向下的分力平衡，平衡摩擦时，很容易造成误差，应用打点计时器和纸带计算时计算点多，过于复杂，测量距离时偶然误差大。因此需要一种通过力的分解，找到重力沿斜面向下的分力提供合力的装置，减小误差，使学生从物理现象的观察和物理实验的研究分析中归纳出结论，使学生的思维得到训练。技术实现要素：本实用新型要解决的技术问题是克服上述技术的缺陷，提供探究加速度与力、质量关系的装置。为解决上述技术问题，本实用新型提供的技术方案为探究加速度与力、质量关系的装置：包括架台、气垫导轨、滑块、光电门、数字计时器、气源箱；所述探究加速度与力、质量关系的装置包括调节杆，所述调节杆垂直固连在架台上方一端，所述调节杆的一侧从下到上均布设有卡槽，所述气垫导轨的一端搭放在架台上，所述气垫导轨的另一端通过卡槽搭放在调节杆上；所述调节杆、架台、气垫导轨上设有刻度。作为改进，所述气源箱与气垫导轨的进气口连接。作为改进，所述光电门与数字计时器连接。作为改进，所述光电门、数字计时器、气源箱与电源连接。本实用新型与现有技术相比的优点在于：1、通过气垫导轨消除摩擦力的影响，避免因为平衡摩擦力引起的误差；2、设计思想是根据现有物理教材前一节知识而设计，根据学生的思维能力，学生很容易想到用滑块重力沿斜面向下的分力来充当滑块的合力，并且这个合力是恒定的，不会出现系统误差；3、在探究滑块质量一定，滑块的加速度与合力的关系时，用高度h来代替滑块的的合力；用来代替滑块的加速度，高度h可以由支架上的刻度直接读出，时间t可以由数字计时器直接读出，通过间接的方法来找到加速度与力的关系，这样在记录数据和处理数据时更简单；在探究滑块所受合力一定，滑块的加速度与质量的关系时，因为要确保合力不变，所以滑块的质量m与气垫导轨的高度h的乘积不变，故探究滑块的加速度与质量的关系时，可以探究与h的关系，这个关系刚好满足正比关系，这样学生就能很直观得出滑块合力不变时，滑块的加速度与质量成反比的结论，就不需要再画反比曲线了；4、光滑斜面是高中物理中最常用的物理模型之一，通过本实用新型让学生感受与光滑斜面最相近的物理模型，学生通过对气垫导轨斜面模型的实践操作，对建构物理模型有较大的促进作用，也能为学习牛顿运动定理的内容做好铺垫；5、可以从恒力做功和变力做功的角度来探究合力做功和速度的关系，与人教版必修二教材中实验方案相比更全面，可以从恒力做功和变力做功的两个角度来探究；同样也可用来验证机械能守恒，运用伽利略的思想从斜面到竖直，本实验从竖直到斜面，更加全面的补充了机械能守恒的普遍性实验。附图说明图1是本实用新型探究加速度与力、质量关系的装置的结构示意图。图2是本实用新型在物体质量不变时，探究物体的加速度与力的关系测得实验数据得到的图。图3是本实用新型在物体的合力不变时，探究物体的加速度与力关系测得实验数据得到的图。如图所示：1、架台，2、气垫导轨，3、滑块，4、光电门，5、数字计时器，6、气源箱，7、调节杆，8、卡槽。具体实施方式下面结合附图对本实用新型探究加速度与力、质量关系的装置做进一步的详细说明。结合附图1-2，探究加速度与力、质量关系的装置，包括架台1、气垫导轨2、滑块3、光电门4、数字计时器5、气源箱6；所述探究加速度与力、质量关系的装置包括调节杆7，所述调节杆7垂直固连在架台1上方一端，所述调节杆7的一侧从下到上均布设有卡槽8，所述气垫导轨2的一端搭放在架台1上，所述气垫导轨2的另一端通过卡槽8搭放在调节杆7上；所述调节杆7、架台1、气垫导轨2上设有刻度。所述气源箱6与气垫导轨2的进气口连接。所述光电门4与数字计时器5连接。所述光电门4、数字计时器5、气源箱6与电源连接。本实用新型在具体实施时：a.物体质量不变时，探究物体的加速度与力的关系,采用重力沿斜面向下的分力来充当滑块3的合力，设气垫导轨2的斜面的长度为l，气垫导轨2的斜面一端高h，得：即：m和l不变时，f合与h成正比利用光电门4间接求出滑块3的加速度，若滑块3静止释放的位置到光电门4的距离x,滑块3上的挡光片的宽度为d,挡光时间为t，则滑块3的加速度可以表示为：即：滑块3上的挡光片的宽度d和滑块3静止释放的位置到光电门4间的距离不变时，滑块3的加速度a与成正比。由①②式可知当滑块3质量不变时，探究滑块3的加速度与力的关系只需要探究与h之间的关系即可，若与h成正比，则说明当物体质量一定时，物体的加速度a与合外力f成正比。实验选取气垫导轨2的斜面一端高h依次为5cm、10cm、15cm、20cm、25cm，进行实验测得时间数据如下表：h510152025t0.00730.00520.00430.00370.00321/t218765.243698.2552798.3173046.0297656.25结合图2，可以发现在误差允许的范围内：与h成正比，也说明当物体质量一定时，物体的加速度a与合外力f成正比。b.物体的合力不变时，探究物体的加速度与力关系，由可知，要保证合力不变，就要确保m与h的积不变。也就是探究与m的关系或与h的关系，若与m成反比或与h成正比，则说明当物体所受合力一定时，物体的加速度a与物体的质量成反比。分别选用滑块3的质量m、滑块3的质量2m、滑块3的质量3m进行实验，对应的高度依次为30cm、15cm、10cm，分三次分别来测量滑块3上的挡光片通过光电门4的时间t，找到与h的关系，进行实验测得数据如下表：h0101530t0.00590.00440.0031/t2028727.3865269.35111111.11结合图3，可以看出在误差允许的范围内，与h成正比，也就是滑块3所受合力一定时，滑块3的加速度a与滑块3的质量成反比。以上对本实用新型及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。当前第1页12