实验:验证牛顿第一定律滑块在水平的气垫导轨上运动,如果加速度为零,即可得出滑块做匀速直线运动的结论,从而验证牛顿第一定律.但实验结果往往显示滑块做的并不是匀速运动,

◎ 题目

实验:验证牛顿第一定律
滑块在水平的气垫导轨上运动,如果加速度为零,即可得出滑块做匀速直线运动的结论,从而验证牛顿第一定律.但实验结果往往显示滑块做的并不是匀速运动,而是减速运动.这是因为滑块在导轨上运动时,尽管有气垫的漂浮作用,但导轨与空气对滑块的阻力还是无法完全避免的.当导轨的一端垫高而斜置时,滑块的下滑力明显大于上述两种阻力,因此可以采用外推的方法来得到所需要的结论.实验装置如图所示.
如果滑块上的挡光片宽度为d,通过1、2两个光电门时的挡光时间分别为t1和t2,那么滑块通过两个光电门时的速度分别为v1=
d
t1
v2=
d
t2
,测量出两个光电门之间的距离s,即可求出滑块的加速度a=
v22
-
v21
2s
,从图中可看出,滑块的加速度a=gsinα=g
h
L
,所以当L不变时,a正比于h.改变h,测得一系列不同的a,然后作出a-h图线.如果a-h直线外推过原点,就是说当h=0时,a=0,即验证了牛顿第一定律.   实验中应注意,h不能调得太小.因为h太小时,前面所说的导轨阻力和空气阻力将表现得明显起来.
(实验结果和讨论)某次实验中s=75.0cm,d=1.00cm.每个h高度做三次实验,毫秒计测量数据如下(单位为10-4s):
序号 垫高h(cm) 第一次[ 第二次[ 第三次[]
t1 t2 t1 t2 t1 t2
1 6.00 279 113 241 110 253 111
2 5.50 259 116 262 116 244 114
3 5.00 260 120 257 119 262 121
4 4.50 311 130 291 128 272 125
5 4.00 294 136 330 137 286 134
6 3.50 316 144 345 147 355 148
7 3.00 358 157 347 156 372 159
计算出来的加速度(单位m/s2)如下表:
1 2 3 4 5 6 7
a1 0.436 0.396 0.326 0.283 0.255 0.218
a2 0.437 0.398 0.370 0.328 0.294 0.253 0.219
a3 0.437 0.401 0.358 0.337 0.290 0.251 0.217
a 0.437 0.398 0.330 0.289 0.253 0.218
(1)填写表格中的数据:
①______;②______;
(2)在直角坐标系中作出a-h图线.
(3)结论:______; 理由:______.

魔方格

◎ 答案

(1)根据第一个图表中第三组数据有:
v1=
1.0×10-2m
260×10-4s
=0.385m/s

v2=
1.0×10-2m
120×10-4s
=0.833m/s

所以物块的加速度:a=
v22
-
v21
2s
=0.364m/s2
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