Question

20．如图为某同学“探究牛顿第一定律”的实验装置，实验中该同学先后三次将同一小车放在同一斜面上的同一高度，然后分别用不同的力推了一下木块，使其沿斜面向下运动，逐渐减小水平面的粗糙程度，观察木块运动的距离，从而得出力和运动的关系．
（1）该同学在实验操作中有一处明显的错误是（不要求解释错误的原因）：分别用不同的力推了一下小车．
（2）更正错误后进行实验，从实验中观察到，接触面越光滑，小车在水平面上运动的距离就越远，运动的时间越长．
（3）在上述实验观察分析的基础上，可以推测：如果小车不受阻力，且水平面足够长，那小车在水平面上将会怎样运动？做匀速直线运动．
（4）这种研究方法叫实验推理法．我们物理中还运用过这种方法的实验是真空不能传声的实验．

Answer 1

分析 （1）实验中为了验证物体速度相同时，小车受到的不同的阻力对其速度的影响，因此实验中要保证小车的初始速度相同．故由此可以找出其操作中存在的错误．
（2）根据图示的实验现象，结合实验目的，可以确定随着摩擦力的减小其运动距离的变化．
（3）根据匀速直线运动的定义，结合题目中提到的运动情形即可得到答案．
（4）分析物理中学过的实验，并与牛顿第一定律实验相对比，从而找到最佳答案．

解答 解：
（1）小车运动的距离长短不仅与小车受到的摩擦力有关，还与物体的初始速度有关，因此在研究摩擦力对其运动距离的影响时，要控制小车的速度相同，即要用到控制变量法．由于用不同的力推小车，导致了小车的初始速度不同．故这种操作是错误的．
（2）随着接触面的改变，发现接触面越来越光滑，摩擦力越来越小，小车运动的距离会越来越远，运动时间越长．
（3）根据匀速直线运动的定义可知：当物体的速度不变，经过的路线是直线的运动即为匀速直线运动．
（4）牛顿第一定律的建立是在科学实验的基础上，通过对实验数据的分析，并进一步通过推理得出的（实际上不受摩擦力的物体根本不存在），所以该实验主要是利用了实验推理法形成了牛顿第一定律；真空不能传声的实验是建立在真实实验的基础上，通过进一步推理（向外抽气体，只是越来越少，不可能抽成真空）形成结论，该实验是运用了实验推理法，其形成原理同牛顿第一定律实验相同．
故答案为：（1）分别用不同的力推了一下小车；（2）远；长；（3）做匀速直线运动；（4）真空不能传声的实验．

点评 牛顿第一定律是在实验的基础上，加上科学的推理得出的，它不能用实验来验证，其原因是现实生活中没有不受外力的物体．