第2讲 力学实验(二)
实验5：探究作用力与反作用力的关系
一、实验原理
1.用弹簧测力计探究作用力与反作用力的关系
如图1甲所示，任取A、B两个弹簧测力计，使两挂钩钩住，B固定，A用手拉着.读出此时两个弹簧测力计的示数FA和FB，比较FA和FB的大小和方向.
如图乙所示，将两个弹簧测力计挂钩钩住，B连接一块木块，A用手拉着.探究在水平方向运动时，FA和FB的大小和方向.将拉动方向改为竖直方向，如图丙所示，重复上述探究.
图1
2.用力传感器探究作用力与反作用力的关系
如图2所示，用两只力传感器钩住对拉.从计算机屏幕上所显示的力和时间关系图线中读出不同时刻两只力传感器的相互作用力FA和FB，比较FA和FB的大小和方向.
图2
二、实验器材
弹簧测力计3个、包装用泡沫塑料若干、小刀1把、木块1个、力传感器2只、数据采集器1台及计算机1台等. 三、实验过程
1.用弹簧测力计探究作用力与反作用力的关系 (1)探究静止状态时物体间的作用力与反作用力.
①取其中两个弹簧测力计A、B连接在一起，B固定，A用手拉着.在表中记下此时两弹簧测力计的示数FA和FB.加大对A的拉力，重复实验多次.实验中注意观察作用力与反作用力的方向及两弹簧测力计示数变化是否有先后.
②若FA和FB大小不等，可尝试以下步骤：将弹簧测力计A与弹簧测力计C互拉，根据①中各次实验FA的大小记下对应的弹簧测力计C的示数FA′；将弹簧测力计B与弹簧测力计C互拉，根据①中各次实验FB的大小记下对应的弹簧测力计C的示数FB′.比较FA′与FB′的大小关系.
(2)增加弹簧测力计的“记忆功能”，即在弹簧测力计的指针下面放上一点泡沫塑料. (3)探究沿水平方向运动时物体间作用力与反作用力的关系.
①将具有“记忆功能”的弹簧测力计A与B挂钩连接在一起，弹簧测力计B连接一块小木块，用手拉A使木块运动一段时间后停下来.根据泡沫塑料的位置读出两弹簧测力计的最大示数
FA和FB，记录在表中.实验中要注意观察作用力与反作用力的方向.
②若FA和FB大小不等，则可保持泡沫塑料的位置不变，将弹簧A和B分别与弹簧测力计C互拉，直至A、B两弹簧测力计的示数分别为FA和FB，记下弹簧测力计C的示数FA′和FB′.比较FA′与FB′的大小关系.
③以不同运动状态(匀速直线运动和加速运动)重复实验多次，记下相应数据. (4)探究沿竖直方向运动时物体间作用力与反作用力的关系.重复(3)中步骤. 2.用力传感器探究作用力与反作用力的关系 (1)探究静止状态时物体间作用力与反作用力的关系.
①取A、B两只力传感器，使两挂钩钩住，B固定，A用手拉着，以不同力拉A一段时间，通过数字化实验系统记录两传感器间的相互作用力FA和FB随时间变化的图线.
②仔细观察FA和FB所对应的两条曲线，比较不同时刻FA和FB大小是否相等.实验中观察体会作用力与反作用力的方向.
③任取8个时刻，结合图线读出这些时刻两只传感器的相互作用力FA和FB，并将所取时刻和对应FA和FB的值填入表中.
(2)探究沿水平方向运动时物体间作用力与反作用力的关系.重复(1)中步骤. (3)探究沿竖直方向运动时物体间作用力与反作用力的关系.重复(1)中步骤. 四、注意事项
1.使用弹簧测力计前，应先调节零刻度. 2.弹簧测力计对拉时作用力要在同一直线上.
3.实际的弹簧测力计往往存在一定的示值误差，发现两弹簧测力计示数不等既不能“视而不见”也不能“武断定论”.
4.将弹簧测力计A和B分别与弹簧测力计C互拉，通过与C的示数比较确定两弹簧测力计拉力是否相等，是一种“等效替代”的方法. 5.同一实验步骤中，泡沫塑料位置必须保持不变. 6.用力传感器进行实验时，也需要调零. 7.用力传感器对拉时作用力要在同一直线上.
例1 (2015·浙江9月选考·14)在“探究作用力与反作用力的关系”实验中，某同学用两个力传感器进行实验.
(1)将两个传感器按图3甲方式对拉，在计算机屏上显示如图乙所示，横坐标代表的物理量是________，纵坐标代表的物理量是________.
图3
(2)由图乙可得到的实验结论是________. A.两传感器间的作用力与反作用力大小相等 B.两传感器间的作用力与反作用力方向相同 C.两传感器间的作用力与反作用力同时变化 D.两传感器间的作用力与反作用力作用在同一物体上 答案 (1)时间(t) 力(F) (2)AC
变式1 在“探究作用力与反作用力的关系”实验中，某同学把一只力传感器系在一个木块上，另一只握在手中，当通过传感器用力拉木块时，要能用该装置探究作用力与反作用力的关系，下列说法正确的是________. A.木块必须处于静止或匀速直线运动状态 B.木块处于加速状态也可以
C.握在手中的传感器拉另一只传感器的力应尽量保持不变
D.握在手中的传感器拉另一只传感器的力可以随时变化 答案 BD
变式2 (2017·丽水市普通高中质量监控)如图4所示的甲、乙两图是表示用同一套器材测量铁块P与长金属板间滑动摩擦力的两种不同方法.甲图使金属板静止在水平桌面上，手通过弹簧测力计向右用力F拉P，使P做匀速运动；乙图把弹簧测力计的一端固定在墙上，用力F水平向左拉金属板，使金属板向左运动.则关于这两种测量滑动摩擦力的方法：
图4
(1)________(选填“甲”或“乙”)方法好；
(2)选择正确的方法后，滑动摩擦力的测量值如图丙，示数为________ N. 答案 (1)乙 (2)2.40
解析 (1)题图甲中铁块只有在匀速运动时的摩擦力才等于弹簧的拉力，而题图乙中P稳定时弹簧测力计的示数一定等于摩擦力.(2)弹簧测力计的最小单位为0.1 N，应估读到下一位，故其示数为2.40 N.
实验6：研究平抛运动
一、实验原理
平抛物体的运动可以看作是两个分运动的合运动：一个是水平方向的匀速直线运动，另一个是竖直方向的自由落体运动.令小球做平抛运动，利用描点法描出小球的运动轨迹，即小球做平抛运动的曲线，建立坐标系.
12
测出曲线上某一点的坐标x和y，根据重力加速度g的数值，利用公式y＝gt求出小球飞
2行时间t＝
2y，再利用公式x＝vt，求出小球的水平分速度v＝xgg，即为小球做平2y抛运动的初速度. 二、实验装置图及器材 如图5所示，
图5
斜槽、小球、木板、坐标纸、图钉、重垂线、直尺、三角板、铅笔等. 三、实验过程
1.安装斜槽轨道，使其末端保持水平.
2.将坐标纸固定在木板上，使木板保持竖直状态，小球的运动轨迹与板面平行，坐标纸方格横线呈水平方向.
3.以斜槽末端为坐标原点沿重垂线画出y轴.
4.让小球从斜槽上适当的高度由静止释放，用铅笔记录小球做平抛运动经过的位置. 5.重复步骤4，在坐标纸上记录多个位置.
6.在坐标纸上作出x轴，用平滑的曲线连接各个记录点，得到平抛运动的轨迹.
7.在轨道上取几个点，使这些点在水平方向间距相等，研究这些点对应的纵坐标y随时间变化的规律.
四、注意事项
1.斜槽末端的切线必须水平.
2.方木板必须处在竖直面内且与小球运动轨迹所在的竖直平面平行，并使小球的运动靠近木板但不接触.
3.坐标原点(小球做平抛运动的起点)不是槽口的端点，应是小球在槽口时球的球心在木板上的水平投影点.
4.如果是用白纸，则应以小球在槽口时球的球心在木板上的水平投影点为坐标原点，在斜槽末端悬挂重垂线，先根据重垂线方向确定y轴方向，再用直角三角板画出水平线作为x轴，建立直角坐标系.
5.每次小球应从斜槽上的同一位置由静止开始滚下.
6.在平抛轨道上选取距O点远些的点来计算球的初速度，这样可使结果的误差较小. 例2 (2017·浙江4月选考·17)在“研究平抛运动”实验中
(1)图6是横挡条卡住平抛小球，用铅笔标注小球最高点，确定平抛运动轨迹的方法，坐标原点应选小球在斜槽末端点时的________.
图6
A.球心 B.球的上端 C.球的下端
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