正文 第13章 牛頓定律實驗的操作與改進設計(2)(1 / 3)

圖9中左、右兩支架(高450mm、寬110mm、厚10mm)為豎直木板,固定在底座(長270mm、高50mm、厚20mm)上,兩支架間距為900mm。兩個帶定滑輪的光滑木板(寬100mm、厚10mm、上木板長1050mm,下木板長950mm)水平固定在支架上,上木板距支架上端120mm,上下木板間距約140mm。在兩水平木板靠讀者的側麵,分別固定一個最小刻度為10mm的刻度尺(寬15mm,長900mm,且右端的零刻度線上下對齊)。在兩支架後麵固定一白色底板。在右支架的外側固定一同步開關。兩小車分別放在上、下木板上(小車靠讀者一麵貼有形如箭號的紅紙片,用來指示小車位置)。小車前端的細線穿過左支架上的小孔跨過定滑輪後懸掛沙桶,小車後端的細線穿過右支架上的小孔後壓在同步開關的壓板下麵。同步開關和上、下底板的結構如圖10、圖11所示。

圖9中上、下底板用木螺釘固定在右支架的外側,其上表麵的高度要與從小車後端拉出的水平細線在同一水平麵上。上、下底板對應位置鑽有直徑為6mm的圓孔,上、下底板尺寸及底板上圓孔位置如圖11所示。上、下孔中豎直穿一直徑為5mm、長為200mm的鋼筋,在距鋼筋上端約90mm處,垂直鋼筋焊一長30mm、直徑5mm的鋼筋作為手柄,在手柄與上底板間裝有套在豎直鋼筋上的壓縮彈簧(彈簧應選用稍硬縮後最短長度約40mm,安裝後常態長度為50mm),其作用是產生足夠大的彈力,把小車後端的細線壓緊。在鋼筋上、下各固定一個作為壓板的鋼板(其形狀、尺寸及固定方法如圖10(乙)所示),其下表麵上分別粘貼一層橡皮,以保證在彈簧作用下與兩底板的上表麵緊密接觸壓緊細線。

同步開關的安裝方法:先將彈簧、上底板依次套在焊有手柄的短側,使彈簧被壓縮至長50mm時將上壓板緊靠上底板用定位鋼板(高30mm,厚2mm)固定在鋼筋上;將上底板用木螺絲固定在右支架外側,使其上表麵與小車後端拉出的水平細線在同一水平麵上;然後將下底板自手柄下方套在鋼筋上後,按上底板的固定方法將其固定;最後將下壓板緊靠下底板上表麵用定位鋼板固定在鋼筋上。注圖10同步開關(甲)(正視圖)(乙)(側視圖)①上底板②下底板③上壓板④下壓板(甲)④右支架(乙)⑤鋼盤⑥手柄⑦彈簧⑧彈簧墊⑨木螺絲⑩定位鋼板圖11(甲)上底板圖11(乙)下底板俯視圖意:第一,為使上、下壓板和定位鋼板較好地固定在鋼筋上,安裝前應先用鋼銼在壓板和固定鋼板大約固定位置的鋼筋兩側沿平行手柄方向銼出兩平行平麵;第二,同步開關安裝完畢且處於常態時,應保證兩個壓板與相應的底板間有略相等的擠壓力。

操作方法

(1)右手拇指壓在上底板最上邊的水平部分,其食指向上提手柄,同步開關被打開。

(2)使兩小車後端細線穿過右支架小孔從壓板下麵通過,並穿過底板右側豎直板上的小孔(孔徑3mm、其最低點切麵在底板麵上),用左手同時拉住兩小車後端的兩條細線,並作適當調整,使兩小車上的紅箭號均與刻度尺的零刻度線對齊,放開右手,同步開關關閉,使壓板壓緊小車後端的細線,小車保持靜止。

(3)在跨過定滑輪的細線上懸掛沙桶。打開同步開關,使兩小車同時由靜止開始運動,關閉開關,使兩小車同時停止運動。

應特別注意的事項(1)把右支架下邊適當墊高,從而平衡摩擦力。

(2)兩小車應盡可能相同。

(3)打開和關閉同步開關時動作要幹脆。

(4)實驗時小車質量M≥20mg(桶和沙的質量)。

驗證牛頓第二定律實驗的改進

牛頓第二定律是中學物理課本中最重要的學習內容之一,也是牛頓力學的精華,在學習中通過實驗方法,總結出該定律的有關結論是很有必要的,實驗的成功與失敗是正確掌握好該定律的關鍵,湖南桃源師範學校楊國亮老師做好該定律的有關實驗的方法如下。