實(shí)驗(yàn)專題講座2

1、必須要必須要“平衡摩擦力平衡摩擦力”及滿足及滿足“ mM”嗎嗎新華中學(xué) 戴艷探究物體的加速度與物體質(zhì)量、合力探究物體的加速度與物體質(zhì)量、合力的關(guān)系時(shí)，最常見的就是利用如圖的關(guān)系時(shí)，最常見的就是利用如圖1 1所示的裝置進(jìn)行探究。所示的裝置進(jìn)行探究。要研究小車的加速度要研究小車的加速度a a與合力與合力F F合合、加、加速度速度a a與小車質(zhì)量與小車質(zhì)量M M的關(guān)系，就必須測的關(guān)系，就必須測出每次實(shí)驗(yàn)時(shí)的加速度、合力及小車出每次實(shí)驗(yàn)時(shí)的加速度、合力及小車質(zhì)量。質(zhì)量。打點(diǎn)計(jì)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)器天平天平？小車M打點(diǎn)計(jì)時(shí)器托盤m圖1小車M打點(diǎn)計(jì)時(shí)器托盤m圖1木板水平放置時(shí)，小木板水平放置時(shí)，小車在水平方向受繩

2、的車在水平方向受繩的拉力拉力T T和木板的摩擦和木板的摩擦力力f f，F(xiàn)Tf合要知道要知道F F合合就需要知道就需要知道繩上拉力繩上拉力T T和小車所和小車所受摩擦力受摩擦力f f 圖2小車M打點(diǎn)計(jì)時(shí)器托盤m將木板無滑輪的一端墊將木板無滑輪的一端墊高，形成一個(gè)傾角很小高，形成一個(gè)傾角很小的斜面，調(diào)整墊塊的位的斜面，調(diào)整墊塊的位置（即傾角的大小），置（即傾角的大?。?，使小車所受重力沿斜面使小車所受重力沿斜面向下的分力恰好等于摩向下的分力恰好等于摩擦力擦力這一步我們通常稱為這一步我們通常稱為“平衡摩擦力平衡摩擦力”平衡摩擦力應(yīng)該注意兩個(gè)問題：平衡摩擦力應(yīng)該注意兩個(gè)問題： （1 1）平衡摩擦力時(shí)，細(xì)

3、繩不掛重物，紙帶）平衡摩擦力時(shí)，細(xì)繩不掛重物，紙帶要穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，并與小車相連；要穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，并與小車相連； （2 2）如何判斷摩擦力恰好與重力的分力平）如何判斷摩擦力恰好與重力的分力平衡呢？方法一是輕推小車時(shí)，小車近似做衡呢？方法一是輕推小車時(shí)，小車近似做勻速直線運(yùn)動(dòng)。更精確的是方法二，看紙勻速直線運(yùn)動(dòng)。更精確的是方法二，看紙帶上打出的點(diǎn)間距是否均勻，若間距均勻帶上打出的點(diǎn)間距是否均勻，若間距均勻則證明則證明f f已被平衡，否則還要重新調(diào)整墊塊已被平衡，否則還要重新調(diào)整墊塊的位置。的位置。當(dāng)摩擦力被平衡后，小車所受的合力就等于細(xì)繩對小當(dāng)摩擦力被平衡后，小車所受的合力就等于細(xì)繩對小車的拉

4、力，那拉力又是多大呢？車的拉力，那拉力又是多大呢？mgTma對托盤應(yīng)用牛頓第二定律進(jìn)行分析：對托盤應(yīng)用牛頓第二定律進(jìn)行分析：可知可知 T mg T mg所以不能輕易認(rèn)為細(xì)繩上的拉力大小就等于托盤的總重所以不能輕易認(rèn)為細(xì)繩上的拉力大小就等于托盤的總重力。力。對小車應(yīng)用牛頓第二定律進(jìn)行分析：對小車應(yīng)用牛頓第二定律進(jìn)行分析：TMa兩式聯(lián)列可得：兩式聯(lián)列可得：1mMgmgTmmMMTmg當(dāng)當(dāng)mMmM時(shí)，時(shí)， 即可以把所掛物體的重力大小當(dāng)成即可以把所掛物體的重力大小當(dāng)成小車所受合力的大小。小車所受合力的大小。 此實(shí)驗(yàn)中必須做到：此實(shí)驗(yàn)中必須做到：（1 1）平衡摩擦力）平衡摩擦力（2 2）必須滿足）必須滿

5、足m Mm M探究物體加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系實(shí)驗(yàn)中，探究物體加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系實(shí)驗(yàn)中，是否一定要平衡摩擦力及滿足是否一定要平衡摩擦力及滿足m Mm M嗎？嗎？圖3例例1 1 如圖如圖3 3所示的實(shí)驗(yàn)裝置可以探究所示的實(shí)驗(yàn)裝置可以探究加速度與物體質(zhì)量、物體受力的關(guān)系加速度與物體質(zhì)量、物體受力的關(guān)系小車上固定一個(gè)盒子，盒子內(nèi)盛有沙子小車上固定一個(gè)盒子，盒子內(nèi)盛有沙子沙桶的總質(zhì)量沙桶的總質(zhì)量( (包括桶以及桶內(nèi)沙子包括桶以及桶內(nèi)沙子質(zhì)量質(zhì)量) )記為記為m m，小車的總質(zhì)量，小車的總質(zhì)量( (包括車、包括車、盒子及盒內(nèi)沙子質(zhì)量盒子及盒內(nèi)沙子質(zhì)量) )記為記為M M。驗(yàn)證在質(zhì)量不變的情況下，加速度

6、與合外力成正比：驗(yàn)證在質(zhì)量不變的情況下，加速度與合外力成正比：從盒子中取出一些沙子，裝入沙桶中，稱量并記錄沙從盒子中取出一些沙子，裝入沙桶中，稱量并記錄沙桶的總重力桶的總重力mgmg，將該力視為合外力，將該力視為合外力F F，對應(yīng)的加速度，對應(yīng)的加速度a a則從打下的紙帶中計(jì)算得出多次改變合外力則從打下的紙帶中計(jì)算得出多次改變合外力F F的大的大小，每次都會得到一個(gè)相應(yīng)的加速度。小，每次都會得到一個(gè)相應(yīng)的加速度。 分析：分析：此實(shí)驗(yàn)中此實(shí)驗(yàn)中“平衡摩擦力平衡摩擦力”這一步驟仍是必這一步驟仍是必須的，否則無法測出須的，否則無法測出F F合合的大小。但實(shí)驗(yàn)中必須控制研的大小。但實(shí)驗(yàn)中必須控制研究對

7、象的質(zhì)量不變，但此實(shí)驗(yàn)中小車的質(zhì)量是變化的，究對象的質(zhì)量不變，但此實(shí)驗(yàn)中小車的質(zhì)量是變化的，故很多同學(xué)看到本題的做法第一反應(yīng)就是沒有控制小故很多同學(xué)看到本題的做法第一反應(yīng)就是沒有控制小車質(zhì)量不變，覺得實(shí)驗(yàn)方法有問題。實(shí)際上我們仔細(xì)車質(zhì)量不變，覺得實(shí)驗(yàn)方法有問題。實(shí)際上我們仔細(xì)分析發(fā)現(xiàn)該實(shí)驗(yàn)的巧妙之處就是：將小車和沙桶整體分析發(fā)現(xiàn)該實(shí)驗(yàn)的巧妙之處就是：將小車和沙桶整體（m m+ +M M）作為研究對象，）作為研究對象，“平衡摩擦力平衡摩擦力”后，無論沙后，無論沙桶和小車的質(zhì)量關(guān)系如何，整體的合力一定等于沙桶桶和小車的質(zhì)量關(guān)系如何，整體的合力一定等于沙桶的重力。將小車中的沙子取出一些放入沙桶中，既

8、能的重力。將小車中的沙子取出一些放入沙桶中，既能保證整體的質(zhì)量不變，又達(dá)到了改變合外力的目的，保證整體的質(zhì)量不變，又達(dá)到了改變合外力的目的，因此該實(shí)驗(yàn)中不需要滿足因此該實(shí)驗(yàn)中不需要滿足mMmM。小車M打點(diǎn)計(jì)時(shí)器托盤m圖4拉力傳感器例例2 2 如圖如圖4 4所示的實(shí)驗(yàn)裝置是用來探究加速度與物體所示的實(shí)驗(yàn)裝置是用來探究加速度與物體質(zhì)量、物體受力的關(guān)系。在小車的前端固定有拉力傳感質(zhì)量、物體受力的關(guān)系。在小車的前端固定有拉力傳感器。小車的總質(zhì)量記為器。小車的總質(zhì)量記為M M，托盤的總質(zhì)量（包括托盤和，托盤的總質(zhì)量（包括托盤和里面砝碼的質(zhì)量）記為里面砝碼的質(zhì)量）記為m m?？刂啤？刂芃 M不變，往托盤內(nèi)

9、添加砝不變，往托盤內(nèi)添加砝碼改變細(xì)繩上的拉力，探究加速度與合外力的關(guān)系。碼改變細(xì)繩上的拉力，探究加速度與合外力的關(guān)系。分析：分析：該實(shí)驗(yàn)中摩擦力無法直接讀出，該實(shí)驗(yàn)中摩擦力無法直接讀出，因此在實(shí)驗(yàn)前我們?nèi)詰?yīng)因此在實(shí)驗(yàn)前我們?nèi)詰?yīng)“平衡摩擦平衡摩擦力力”，但該裝置與常規(guī)實(shí)驗(yàn)裝置相比，但該裝置與常規(guī)實(shí)驗(yàn)裝置相比，添加了拉力傳感器，它可以直接測出添加了拉力傳感器，它可以直接測出細(xì)繩上拉力的大小，而細(xì)繩上拉力的大小，而“平衡摩擦力平衡摩擦力”后小車所受的合外力就等于細(xì)繩上的后小車所受的合外力就等于細(xì)繩上的拉力，故無需滿足拉力，故無需滿足mMmM。圖5例例3 3 采用如圖采用如圖5 5所示的裝置測定木塊所

10、示的裝置測定木塊與長木板之間的動(dòng)摩擦因數(shù)，圖中長木與長木板之間的動(dòng)摩擦因數(shù)，圖中長木板水平固定，木塊質(zhì)量記為板水平固定，木塊質(zhì)量記為M M，砝碼盤，砝碼盤質(zhì)量記為質(zhì)量記為m m。分析：分析：本實(shí)驗(yàn)要測定木塊與長木板之間的動(dòng)摩擦因數(shù)，需要知本實(shí)驗(yàn)要測定木塊與長木板之間的動(dòng)摩擦因數(shù)，需要知道它們之間的動(dòng)摩擦力，因此本實(shí)驗(yàn)不需要道它們之間的動(dòng)摩擦力，因此本實(shí)驗(yàn)不需要“平衡摩擦力平衡摩擦力”。托盤中加了一定質(zhì)量的砝碼之后，木塊開始發(fā)生滑動(dòng)，此時(shí)，木塊托盤中加了一定質(zhì)量的砝碼之后，木塊開始發(fā)生滑動(dòng)，此時(shí)，木塊受到細(xì)繩水平向左的拉力和水平向右的摩擦力。分別對受到細(xì)繩水平向左的拉力和水平向右的摩擦力。分別對

11、M M、m m用牛頓用牛頓第二定律進(jìn)行分析：第二定律進(jìn)行分析：TfmamgTma加速度加速度a a由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測得，兩式聯(lián)立可以求出動(dòng)摩擦力。用天平由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測得，兩式聯(lián)立可以求出動(dòng)摩擦力。用天平測得木塊的質(zhì)量測得木塊的質(zhì)量M M，即可得到木塊與長木板之間的壓力。由，即可得到木塊與長木板之間的壓力。由fMg可求得動(dòng)摩擦因數(shù)。故本實(shí)驗(yàn)中也無需滿足可求得動(dòng)摩擦因數(shù)。故本實(shí)驗(yàn)中也無需滿足mMmM。 總結(jié)：總結(jié)： 相同或相似的實(shí)驗(yàn)裝置，實(shí)驗(yàn)思想改變了（比相同或相似的實(shí)驗(yàn)裝置，實(shí)驗(yàn)思想改變了（比如例如例1 1），需要滿足的條件不一定相同；），需要滿足的條件不一定相同； 實(shí)驗(yàn)方法改變了（比如例實(shí)驗(yàn)方法改變了（比如例2 2），需要滿足的條件），需要滿足的條件也不一定相同；也不一定相同； 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理改變了（比如例?shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理改?/p>