阿特伍德机实验装置及其改进版本

阿特伍德机实验装置及其改进版本

如图甲所示的装置叫做阿特伍德机，是阿特伍德（G．Atwood1746-1807）创制的一种著名力学实验装置，用来研究匀变速直线运动的规律。某同学对对该装置加以改进后用来验证牛顿第二定律，如图乙所示。

（1）实验时，该同学进行了如下操作：
1、将质量均为M（A的质量包括挡光片、B的质量包括挂钩）的重物用细线连接后，跨放在定滑轮上，使其处于静止状态。测量出挡光片的上表面到光电门中心的距离h。
2、在B的下端挂上质量为m的钩码C，让系统（重物A、B以及钩码C）中的物体由静止开始运动，记录挡光片挡光的时间为t。
3、挡光片的宽度为d,计算出A、B的速度大小为
$$
\frac{d}{\Delta t}
$$
，加速度大小为
$$
\frac{d^2}{2h(\Delta t)^2}
$$

（2）根据牛顿运动第二定律，应该满足的等式是
$$
mg=(2M+m)\frac{d^2}{2h(\Delta t)^2}
$$
（已知重力加速度为g）

相关实验探究

实验一

某实验小组利用如图1所示的装置探究加速度与力、质量的关系。

（1）把木板的一侧垫高，调节木板的倾斜度，使小车在不受牵引力时能拖动纸带沿木板匀速运动。此处采用的科学方法是
。
A．理想化模型法
B．等效替代法
C．阻力补偿法

（2）已知交流电源频率为50Hz,启动打点计时器，释放小车，小车在钩码的作用下拖着纸带运动。打点计时器打出的纸带如图2所示（图中相邻两点间有4个点未画出）。小车的加速度大小为
m/s2（结果保留2位有效数字）

（3）下列做法正确的是
（填字母代号）。
A．调节滑轮的高度，使牵引木块的细绳与长木板保持平行
B．为使砝码桶及桶内砝码的总重力在数值上近似等于木块运动时受到的拉力，应满足的条件是砝码桶及桶内砝码的总质量远大于木块和木块上砝码的总质量
C．实验时，先放开木块再接通打点计时器的电源
D．通过增减木块上的砝码改变质量时，需要重新调节木板倾斜度

（4）实验时改变砝码桶内砝码的质量，分别测量木块在不同外力作用下的加速度。根据测得的多组数据画出a-F关系图像，如图3所示。此图像的AB段明显偏离直线，造成此现象的主要原因可能是
。（选填下列选项的序号）
A．小车与平面轨道之间存在摩擦
B．平面轨道倾斜角度过大
C．所挂的砝码桶内及桶内砝码的总质量过大
D．所用小车的质量过大

实验二

在“探究加速度与力、质量的关系的实验”时，采用了如图甲所示的实验方案。操作如下：

（1）平衡摩擦力时，若所有的操作均正确，打出的纸带如图乙所示，应
（填“减小”或“增大”）木板的倾角，反复调节，直到纸带上打出的点迹
为止。

（2）已知小车质量为M，盘和砝码的总质量为m,要使细线的拉力近似等于盘和砝码和总重力，应该满足的条件是m
M（填“远小于”、“远大于”或“等于”）。

（3）图丙为某次实验得到的纸带，纸带上标出了所选的四个计数点之间的距离，相邻计数点间还有四个点没有画出，由此可求得小车的加速度的大小是
m/s2，打下C点时小车运动的速度大小是
m/s。（交流电的频率为50Hz,结果保留两位有效数字）

实验三

某实验小组利用如图1所示的装置探究加速度与力、质量的关系。

①把木板的一侧垫高，调节木板的倾斜度，使小车在不受牵引力时能拖动纸带沿木板匀速运动。此处采用的科学方法是
。
A．理想化模型法
B．阻力补偿法
C．等效替代法
D．控制变量法

②已知交流电源频率为50Hz,启动打点计时器，释放小车，小车在砝码桶的作用下拖着纸带运动。打点计时器打出的纸带如图2所示（图中相邻两点间有4个点未画出）。小车的加速度大小为
m/s2？（结果保留3位有效数字）

③实验时改变砝码桶内砝码的质量，分别测量小车在不同外力作用下的加速度。根据测得的多组数据画出a-F关系图像，如图3所示。此图像的AB段明显偏离直线，造成此现象的主要原因可能是
。（选填下列选项的序号）
A．小车与平面轨道之间存在摩擦
B．平面轨道倾斜角度过大
C．所用小车的质量过大
D．所挂的砝码桶及桶内砝码的总质量过大