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“動態(tài)平衡條件下測力實驗”再探究

2014-11-28 18:30趙信智
中小學(xué)實驗與裝備 2014年4期
關(guān)鍵詞:彈簧秤玻璃板示數(shù)

趙信智

1 分子力實驗

高中物理課本中有關(guān)分子力的小實驗,其表述是:用細(xì)線把很干凈的玻璃板吊在彈簧秤下面,記下彈簧秤的示數(shù)。使玻璃板水平接觸水面,然后稍稍用力向上拉玻璃板,如圖1所示,彈簧秤的示數(shù)有什么變化?解釋產(chǎn)生這個變化的原因?筆者通過多次實驗難以觀察彈簧秤的示數(shù)變化,并且不能準(zhǔn)確測量分子力的大小。

1.1 不能準(zhǔn)確測量力的原因

(1)用手通過彈簧秤拉玻璃板,是一種動態(tài)平衡條件下測力大小實驗,彈簧秤示數(shù)時刻在變化。

(2)讀數(shù)的大小并不能保證就是玻璃板將要離開水面時的受力大小。

(3)玻璃板離開水面時,極易使水面產(chǎn)生波動會影響實驗結(jié)果。

1.2 改進(jìn)實驗

1.2.1 實驗裝置

實驗裝置如圖2所示。

1.2.2 操作過程

把彈簧秤A懸掛在天花板上,毛玻璃板B重1 N,長4cm寬3cm,用細(xì)線系好掛在彈簧秤A的掛鉤上,D為帶有支管的玻璃缸,C為能夠控制水流速度的開關(guān),E為大燒杯。先關(guān)閉C,向玻璃缸中注滿水,將玻璃板斜插入水中,沒入水下1cm左右,調(diào)節(jié)細(xì)線使毛玻璃板水平,并將細(xì)線上端與彈簧秤A的掛鉤固定,打開開關(guān),使水緩緩流向E,隨時控制流速。

1.2.3 實驗結(jié)果

實驗中發(fā)現(xiàn)玻璃板淹沒在水中時,彈簧秤示數(shù)0.5 N;當(dāng)玻璃板開始露出水面時,彈簧秤示數(shù)逐漸增大;當(dāng)彈簧秤示數(shù)達(dá)到1 N時并不停止,仍然隨著水面下降而增大;毛玻璃板即將脫離水面時,彈簧稱示數(shù)最大為2.5 N;隨后玻璃板脫離水面,彈簧秤示數(shù)很快恢復(fù)為1 N。

1.2.4 實驗分析

玻璃板離開水面后,可看到板下表面有水珠,說明外力克服分子間引力而造成拉力大于玻璃板的重力。

1.2.5 注意事項

(1)為了保證彈簧秤不晃動,將彈簧秤上端固定。

(2)為了保證玻璃板水平,應(yīng)將四端繩子上端固定。

(3)為了防止玻璃板下有氣泡,應(yīng)將玻璃板斜插入水中。

1.3 實驗優(yōu)點

(1)采用改進(jìn)后的裝置,通過水位下降使玻璃板與水面分離時,保證玻璃板水平。

(2)保證了彈簧秤不移動,并且控制水面穩(wěn)定下降,減少了水面波動對實驗的數(shù)據(jù)影響。

(3)玻璃板受力平衡時,停留時間較長,保證了讀數(shù)的準(zhǔn)確性。

2 摩擦力實驗

2.1 教材實驗

初中物理9年級“研究滑動摩擦力大小與那些因素有關(guān)”的實驗裝置,如圖3所示。其操作為:用彈簧測力計勻速拉動木塊,使它沿長木板滑動,從而測出木塊與長木板之間的摩擦力;改變放在木塊上的砝碼,來改變木塊與長木板之間的壓力;把毛巾、棉布等鋪在長木板上,從而改變接觸面的粗糙程度,最后得出結(jié)論。

2.2 存在的問題

這個實驗看起來容易,但實際操作過程中存在3個問題:①用力拉滑塊很難保證勻速直線運(yùn)動;②確保彈簧秤拉木塊始終水平有難度;③木塊運(yùn)動過程中很難保證讀數(shù)準(zhǔn)確。對此筆者提出改進(jìn)意見。

2.3 改進(jìn)實驗

2.3.1 實驗裝置

實驗裝置如圖所示。

2.3.2 操作過程

將物塊B掛在彈簧測力計A的掛鉤上,并將彈簧測力計A右端固定。長木板C與砝碼盤D通過繩子連接,給砝碼盤D中加入砝碼,使長木板C可以運(yùn)動起來為止,讀出彈簧測力計A的示數(shù),即為滑塊受到的摩擦力大小。

2.3.3 注意事項

(1)為了消除由于彈簧測力計的重力對摩擦力大小的影響,可以將彈簧測力計右端固定,以保證測力計水平。

(2)調(diào)整長木板和定滑輪的高度,以確保水平拉動長木板。

2.4 實驗優(yōu)點

(1)采用改進(jìn)后的實驗裝置,確保彈簧測力計拉動木塊始終水平。

(2)本實驗是根據(jù)二力平衡原理設(shè)計的,木板達(dá)到靜態(tài)平衡的時間較長,確保讀數(shù)準(zhǔn)確。

(3)根據(jù)滑動摩擦力產(chǎn)生的條件和牛頓第三定律,長木板上表面和木塊下表面有摩擦力存在,木塊水平方向上就受到滑動摩擦力和測力計的拉力,而木塊始終保持靜止,測力計的示數(shù)就是摩擦力的大小。采用這樣的裝置,變動態(tài)平衡為靜態(tài)平衡,就不需要考慮長木板是否勻速運(yùn)動。

2.5 小結(jié)

為了使實驗現(xiàn)象明顯,性能穩(wěn)定,易操作、易觀察,筆者在實驗器材上做了許多工作。為了增強(qiáng)測力計的顯示能力,利用杠桿放大器將較小彈簧伸長形變轉(zhuǎn)換成較大的圓周角位移,并且把指針染成紅色。endprint

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