实验目标

1.通过实验探究,由物体在不同阻力下的运动情况,推知物体不受阻力时的运动情况。

2.体验理想实验法和转换法的应用。

实验仪器

斜面、长木板、小车、毛巾、棉布、刻度尺、玻璃板。

过程与方法

实验原理

运动的物体总是要受到摩擦力的作用,如图13-1所示,让小车从斜面上滑下来,小车在水平面上受到摩擦力的作用而减速,最后停下。逐步减小水平面的粗糙程度,测量小车在水平面上的运动距离,根据其变化趋势情况,可以推理出当水平面对小车没有摩擦力时,小车的运动情况。

图13-1

实验方法

理想实验法:由接触面越来越光滑,推理出接触面绝对光滑这种理想化实验条件下物体运动状态的变化情况。

转换法:“小车受到阻力作用下的运动情况”用“小车在粗糙水平面上的运动情况”转换替代;“小车不受力的作用下的运动情况”用“小车在光滑水平面上的运动情况”转换替代。

实验过程

1.如图13-1(a)所示,把斜面放在长木板的一端,在长木板上铺上毛巾,让小车从斜面顶端滑下,滑到铺有毛巾的平面上,小车停止运动后,测量小车在水平面上运动的距离。

2.如图13-1(b)所示,取走毛巾,在长木板上铺上棉布,同样让小车从斜面顶端滑下,测量小车在棉布表面上运动的距离。

3.如图13-1(c)所示,取走棉布,同样让小车从斜面顶端滑下,测量小车在长木板上运动的距离。

4.如图13-1(d)所示,用玻璃板代替长木板,同样让小车从斜面顶端滑下,测量小车在玻璃板上运动的距离。

实验记录

把每次实验的条件和小车运动的距离记录在下表中。

分析与结论

1.平面越光滑,小车受到的摩擦力越________,小车前进的距离就越_______。

2.在理想情况下,如果表面绝对光滑,运动的物体受到的阻力为零,它的速度将_____________,这时物体将做运动________________。

反思与评价

1.实验时的注意事项:

(1)实验前要把木板放水平。

(2)小车下滑的斜面倾角不宜太大,斜面与水平面的交接处应尽量平滑,以免小车翻倒。

(3)实验过程中小车每次从斜面同一位置滑下,目的是为了保证小车每次进入水平面时的______________相同。

2.古希腊的亚里士多德认为:要维持物体做匀速运动,就必须给物体施加一恒定的力。这一观点被人们接受了2000多年,从这一现象你受到什么启示?对于“生活常识”和“科学知识”这两者的关系你有什么感想?

延伸与拓展

1.理想实验是研究物理规律的一种重要的理想方法,它以大量可靠的事实为基础,以真实的实验为原型,通过合理的推理得出物理规律。理想实验能深刻揭示物理规律的本质。

图13-2

图13-2是伽利略著名的斜面理想实验示意图,该实验设想的步骤是:

(1)两个斜面对接,让静止的小球沿一个斜面滚下,小球将滚上另一个斜面。

(2)减小第二个斜面的倾角,小球在该斜面上仍然要达到原来的高度。

(3)继续减小第二个斜面的倾角,最后使它成水平面,小球将沿水平面做持续的匀速直线运动。

(4)如果没有摩擦,小球将上升到原来释放时的高度。(www.daowen.com)

在上述设想步骤中,有的属于可靠事实,有的则是理想化的推论。其中(1)是事实, (2)(3)(4)是推论。

2.在探究牛顿第一定律过程中,如果物体不受力,它将处于什么运动状态?

自我测验

1.关于力与运动的关系,下列说法正确的是( )。

A.静止的物体不受力的作用 B.运动的物体一定受到力的作用

C.物体的运动并不需要力来维持D.没有力的作用运动物体就会慢慢停下来

2.获得牛顿第一定律的研究方法是( )。

A.只用推理 B.只用实验 C.数学推导 D.实验和推理

3.关于惯性的理解和现象解释,以下说法正确的是( )。

A.高速飞行的子弹具有惯性,穿入木头静止后惯性消失

B.汽车驾驶员和前排乘客系安全带,是为了减小汽车行驶中人的惯性

C.行驶中的公交车紧急刹车时,乘客会向前倾,是由于惯性力的作用

D.百米赛跑运动员到达终点不能马上停下来,是由于运动员具有惯性

4.图13-3(a)是探究阻力对物体运动影响的实验,图13-3(b)是探究惯性大小与什么因素有关的实验。请回答下列问题:

(1)图13-3(a)实验表明,平面越光滑,小车运动距离越________。联想到在雨雪天驾驶汽车应适当________(选填“增大”或“减小”)汽车之间的距离。

(2)图13-3(b)实验表明,钢球质量越大,惯性越_________。联想到高速公路的限速牌上同时标明“120”和“100”字样,__________(选填“大客车”或“小轿车”)的限速应该是100km/h。

(3)由此看来,由于汽车具有__________,要保持原来的运动状态,刹车后不能立即停下来,所以我们要遵守交通规则,保持车距或限制车速。

图13-3

5.小明利用如图13-4所示的装置,探究在水平面上阻力对物体运动的影响,进行如下操作:

图13-4

①如图13-4(a)所示,将毛巾铺在水平木板上,让小车从斜面顶端由静止滑下,观察小车在水平面上通过的距离。

②如图13-4(b)所示,取下毛巾,将棉布铺在斜面和木板上,让小车从斜面顶端由静止滑下,观察小车在水平面上通过的距离。

③如图13-4(c)所示,取下棉布,让小车从斜面顶端由静止滑下,观察小车在水平面上通过的距离。

请针对以上操作回答下列问题:

(1)以上操作中错误的一次是________(选填“①”“②”或“③”)。

(2)对比两次正确实验操作能说明:小车受到的阻力越小,通过的距离越_________ (选填“远”或“近”)。

(3)纠正错误后,多次实验进行分析,并进一步推测:在水平面上滑动的小车,如果受到的阻力为零,它将做________运动。

答案与点拨

分析与结论

1.小 远 2.保持不变 匀速直线

反思与评价

1.(3)速度 2.亚里士多德的这一错误观点被人们接受了2000多年,启示我们要勇于挑战权威,尊重科学,勤于实践,探究真理。人们常常从经验出发,经过简单思考来探究自然规律,这种经验结论是否科学、是否是真理,必须经过实践的检验,因为事物的本质有时会被掩盖在表面现象中。

延伸与拓展

2.如果物体不受力,物体将保持原有的运动状态,原来静止的物体将保持静止状态,原来运动的物体将保持匀速直线运动状态。

自我测验

1.C 2.D 3.D 4.(1)远 增大 (2)大 大客车 (3)惯性 5.(1)② (2)远 (3)匀速直线