王希梅

(山東省濱州市沾化區(qū)第二中學，山東 濱州 256800)

需要平衡摩擦的力學實驗探究

王希梅

(山東省濱州市沾化區(qū)第二中學，山東 濱州 256800)

力學實驗中的小車木板實驗綜合比較，要弄清楚哪個實驗需要平衡摩擦，培養(yǎng)學生的實驗操作能力及綜合分析能力。

力學實驗；摩擦力；合外力

力學實驗中用到的木板小車做的實驗有五個：用打點計時器求物體的速度和加速度、驗證牛頓第二定律、驗證動能定理、驗證機械能守恒的實驗以及驗證動量守恒的實驗.

很多同學容易混淆了這幾個實驗.需要注意的事：驗證牛頓第二定律、驗證動能定理和驗證動量守恒的實驗需要平衡摩擦，原因是，這兩個實驗，第一個驗證的是物體受到的合外力和加速度的關系，第二個驗證的是合外力對物體做功與物體動能變化量之間的關系.第三個實驗室驗證的物體受到合外力的沖量與物體動量變化量的關系.這里面都需要求出合外力，但摩擦力不好求出，只好通過平衡摩擦力的方法去掉物體所受摩擦力的影響.

在求物體的加速度和速度的實驗中，加速度的大小不用考慮摩擦力的影響，所以不用平衡摩擦力.而機械能守恒的條件是系統(tǒng)只有重力和彈簧的彈力做功，摩擦力必須足夠小以至于小到能夠忽略不計，所以實驗中沒有摩擦力才是最完美的.注意：平衡摩擦力并不是沒有摩擦力了，摩擦力還是有并做負功，所以如果驗證機械能守恒的實驗中使用該套裝置，即使平衡了摩擦力，系統(tǒng)的機械能也不守恒.

例題1 探究外力做功與物體動能變化關系的實驗裝置如圖1甲所示，根據(jù)實驗中力傳感器讀數(shù)和電磁打點器打出紙帶的測量數(shù)據(jù)等可分別求得外力對小車做功和小車動能的變化．

(1)關于該實驗，下列說法正確的有 ▲ ．

A．調(diào)整墊塊的高度，改變鉤碼質(zhì)量，使小車能在木板上做勻速運動

B．調(diào)整滑輪的高度，使連接小車的細線與木板平行

C．實驗中要始終滿足鉤碼的質(zhì)量遠小于小車質(zhì)量

D．若紙帶上打出的是短線，可能是打點計時器輸入電壓過高造成的

(2)除了圖1中所注明的器材外，實驗中還需要交流電源、導線、刻度尺和 ▲ ．

圖1

(3)某次實驗中打出了一根紙帶，其中一部分如圖1乙所示，各個打點是連續(xù)的計時點，A、B、D、E、F各點與O點的距離如圖，若小車質(zhì)量為m、打點周期為T，且已讀出這次實驗過程中力傳感器的讀數(shù)F，則A、E兩點間外力做功W= ▲ ，小車動能變化ΔEk= ▲ ；在不同次實驗中測得多組外力做功Wi和動能變化ΔEki的數(shù)據(jù)，作出W—ΔEk圖象如圖1丙所示，圖線斜率約等于1，由此得到結論是 ▲ ．

圖1

(4)每次實驗結果顯示，拉力F做的功W總略小于小車動能的變化ΔEk，請分析出現(xiàn)這種情況的可能原因 ▲ ．(寫出1條)

答案 (1)BD(2)天平

(4)平衡摩擦力時木板墊得偏高

圖2

例題2 某學習小組用圖2所示的實驗裝置驗證“機械能守恒定律”.他們在氣墊導軌上安裝了一個光電門B，滑塊(帶遮光條)用細線繞過氣墊導軌左端的定滑輪與鉤碼相連，每次滑塊都從A處由靜止釋放.

(1)下列實驗要求中不必要的一項是 (請?zhí)顚戇x項前對應的字母).

A．應將氣墊導軌調(diào)至水平

B．應使細線與氣墊導軌平行

C．應使A位置與光電門B間的距離適當大些

D．應使鉤碼質(zhì)量遠小于滑塊和遮光條的總質(zhì)量

(2)實驗時，已知滑塊(帶遮光條)的質(zhì)量M，鉤碼質(zhì)量m，A、B間的距離L，遮光條的寬度為d和遮光條通過光電門的時間為t，重力加速度為g，則滿足的關系式 (用M、m、g、L、d、t表示)即可驗證從A到B過程系統(tǒng)機械能守恒.

[1]人民教育出版社 課程教材研究所 物理課程教材研究開發(fā)中心. 普通高中課程標準實驗教科書物理選修3-1[M]. 北京:人民教育出版社,2015.

[責任編輯：閆久毅]

2017-07-01

王希梅(1976.10-)，女，中教一級，本科，從事高中物理教育.

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1008-0333(2017)28-0056-02