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“动态平衡条件下测力实验”再探究

  • 投稿heal
  • 更新时间2015-09-14
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甘肃省合水县乐蟠初中(745400)赵信智

1分子力实验

高中物理课本中有关分子力的小实验,其表述是:

用细线把很干净的玻璃板吊在弹簧秤下面,记下弹簧秤的示数。使玻璃板水平接触水面,然后稍稍用力向上拉玻璃板,如图1所示,弹簧秤的示数有什么变化?解释产生这个变化的原因?笔者通过多次实验难以观察弹簧秤的示数变化,并且不能准确测量分子力的大小。

1.1不能准确测量力的原因

(1)用手通过弹簧秤拉玻璃板,是一种动态平衡条件下测力大小实验,弹簧秤示数时刻在变化。

(2)读数的大小并不能保证就是玻璃板将要离开水面时的受力大小。

(3)玻璃板离开水面时,极易使水面产生波动会影响实验结果。

1.2改进实验

1.2.1实验装置

实验装置如图2所示。

1.2.2操作过程

把弹簧秤A悬挂在天花板上,毛玻璃板B重1 N,长4 cm宽3 cm,用细线系好挂在弹簧秤A的挂钩上,D为带有支管的玻璃缸,C为能够控制水流速度的开关,E为大烧杯。先关闭C,向玻璃缸中注满水,将玻璃板斜插入水中,没入水下1cm左右,调节细线使毛玻璃板水平,并将细线上端与弹簧秤A的挂钩固定,打开开关,使水缓缓流向E,随时控制流速。

1.2.3实验结果

实验中发现玻璃板淹没在水中时,弹簧秤示数0.5 N;当玻璃板开始露出水面时,弹簧秤示数逐渐增大;当弹簧秤示数达到1 N时并不停止,仍然随着水面下降而增大;毛玻璃板即将脱离水面时,弹簧称示数最大为2.5 N;随后玻璃板脱离水面,弹簧秤示数很快恢复为1 N。

1.2.4实验分析

玻璃板离开水面后,可看到板下表面有水珠,说明外力克服分子间引力而造成拉力大于玻璃板的重力。

1.2.5注意事项

(1)为了保证弹簧秤不晃动,将弹簧秤上端固定。

(2)为了保证玻璃板水平,应将四端绳子上端固定。

(3)为了防止玻璃板下有气泡,应将玻璃板斜插入水中。

1.3实验优点

(1)采用改进后的装置,通过水位下降使玻璃板与水面分离时,保证玻璃板水平。

(2)保证了弹簧秤不移动,并且控制水面稳定下降,减少了水面波动对实验的数据影响。

(3)玻璃板受力平衡时,停留时间较长,保证了读数的准确性。

2摩擦力实验

2.1教材实验

初中物理9年级“研究滑动摩擦力大小与那些因素有关”的实验装置,如图3所示。其操作为:用弹簧测力计匀速拉动木块,使它沿长木板滑动,从而测出木块与长木板之间的摩擦力;改变放在木块上的砝码,来改变木块与长木板之间的压力;把毛巾、棉布等铺在长木板上,从而改变接触面的粗糙程度,最后得出结论。

2.2存在的问题

这个实验看起来容易,但实际操作过程中存在3个问题:①用力拉滑块很难保证匀速直线运动;②确保弹簧秤拉木块始终水平有难度;③木块运动过程中很难保证读数准确。对此笔者提出改进意见。

2.3改进实验

2.3.1实验装置

实验装置如图4所示。

2.3.2操作过程

将物块B挂在弹簧测力计A的挂钩上,并将弹簧测力计A右端固定。长木板C与砝码盘D通过绳子连接,给砝码盘D中加入砝码,使长木板C可以运动起来为止,读出弹簧测力计A的示数,即为滑块受到的摩擦力大小。

2.3.3注意事项

(1)为了消除由于弹簧测力计的重力对摩擦力大小的影响,可以将弹簧测力计右端固定,以保证测力计水平。

(2)调整长木板和定滑轮的高度,以确保水平拉动长木板。

2.4实验优点

(1)采用改进后的实验装置,确保弹簧测力计拉动木块始终水平。

(2)本实验是根据二力平衡原理设计的,木板达到静态平衡的时间较长,确保读数准确。

(3)根据滑动摩擦力产生的条件和牛顿第三定律,长木板上表面和木块下表面有摩擦力存在,木块水平方向上就受到滑动摩擦力和测力计的拉力,而木块始终保持静止,测力计的示数就是摩擦力的大小。采用这样的装置,变动态平衡为静态平衡,就不需要考虑长木板是否匀速运动。

2.5小结

为了使实验现象明显,性能稳定,易操作、易观察,笔者在实验器材上做了许多工作。为了增强测力计的显示能力,利用杠杆放大器将较小弹簧伸长形变转换成较大的圆周角位移,并且把指针染成红色。

收稿日期:2014-06-06