需要平衡摩擦的力学实验探究

王希梅

(山东省滨州市沾化区第二中学，山东 滨州 256800)

需要平衡摩擦的力学实验探究

王希梅

(山东省滨州市沾化区第二中学，山东 滨州 256800)

力学实验中的小车木板实验综合比较，要弄清楚哪个实验需要平衡摩擦，培养学生的实验操作能力及综合分析能力。

力学实验；摩擦力；合外力

力学实验中用到的木板小车做的实验有五个：用打点计时器求物体的速度和加速度、验证牛顿第二定律、验证动能定理、验证机械能守恒的实验以及验证动量守恒的实验.

很多同学容易混淆了这几个实验.需要注意的事：验证牛顿第二定律、验证动能定理和验证动量守恒的实验需要平衡摩擦，原因是，这两个实验，第一个验证的是物体受到的合外力和加速度的关系，第二个验证的是合外力对物体做功与物体动能变化量之间的关系.第三个实验室验证的物体受到合外力的冲量与物体动量变化量的关系.这里面都需要求出合外力，但摩擦力不好求出，只好通过平衡摩擦力的方法去掉物体所受摩擦力的影响.

在求物体的加速度和速度的实验中，加速度的大小不用考虑摩擦力的影响，所以不用平衡摩擦力.而机械能守恒的条件是系统只有重力和弹簧的弹力做功，摩擦力必须足够小以至于小到能够忽略不计，所以实验中没有摩擦力才是最完美的.注意：平衡摩擦力并不是没有摩擦力了，摩擦力还是有并做负功，所以如果验证机械能守恒的实验中使用该套装置，即使平衡了摩擦力，系统的机械能也不守恒.

例题1 探究外力做功与物体动能变化关系的实验装置如图1甲所示，根据实验中力传感器读数和电磁打点器打出纸带的测量数据等可分别求得外力对小车做功和小车动能的变化．

(1)关于该实验，下列说法正确的有 ▲ ．

A．调整垫块的高度，改变钩码质量，使小车能在木板上做匀速运动

B．调整滑轮的高度，使连接小车的细线与木板平行

C．实验中要始终满足钩码的质量远小于小车质量

D．若纸带上打出的是短线，可能是打点计时器输入电压过高造成的

(2)除了图1中所注明的器材外，实验中还需要交流电源、导线、刻度尺和 ▲ ．

图1

(3)某次实验中打出了一根纸带，其中一部分如图1乙所示，各个打点是连续的计时点，A、B、D、E、F各点与O点的距离如图，若小车质量为m、打点周期为T，且已读出这次实验过程中力传感器的读数F，则A、E两点间外力做功W= ▲ ，小车动能变化ΔEk= ▲ ；在不同次实验中测得多组外力做功Wi和动能变化ΔEki的数据，作出W—ΔEk图象如图1丙所示，图线斜率约等于1，由此得到结论是 ▲ ．

图1

(4)每次实验结果显示，拉力F做的功W总略小于小车动能的变化ΔEk，请分析出现这种情况的可能原因 ▲ ．(写出1条)

答案 (1)BD(2)天平

(4)平衡摩擦力时木板垫得偏高

图2

例题2 某学习小组用图2所示的实验装置验证“机械能守恒定律”.他们在气垫导轨上安装了一个光电门B，滑块(带遮光条)用细线绕过气垫导轨左端的定滑轮与钩码相连，每次滑块都从A处由静止释放.

(1)下列实验要求中不必要的一项是 (请填写选项前对应的字母).

A．应将气垫导轨调至水平

B．应使细线与气垫导轨平行

C．应使A位置与光电门B间的距离适当大些

D．应使钩码质量远小于滑块和遮光条的总质量

(2)实验时，已知滑块(带遮光条)的质量M，钩码质量m，A、B间的距离L，遮光条的宽度为d和遮光条通过光电门的时间为t，重力加速度为g，则满足的关系式 (用M、m、g、L、d、t表示)即可验证从A到B过程系统机械能守恒.

[1]人民教育出版社 课程教材研究所 物理课程教材研究开发中心. 普通高中课程标准实验教科书物理选修3-1[M]. 北京:人民教育出版社,2015.

[责任编辑：闫久毅]

2017-07-01

王希梅(1976.10-)，女，中教一级，本科，从事高中物理教育.

G632

A

1008-0333(2017)28-0056-02