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张前军物理教学随笔

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钩码拉小车类实验中平衡摩擦力与质量条件分析  

2011-05-19 17:04:21|  分类: 实验 |  标签: |举报 |字号 订阅

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写在前面:在课本“探究加速度与力、质量关系的实验”中,要求钩码质量m和小车质量M的关系为m<<M,有些同学没有理解该条件的意图,一见到钩码拉小车装置就相当然的要建立平衡摩擦力和m<<M的条件而出现错误。

一、平衡摩擦力和m<<M的条件由来

1、平衡摩擦力条件

在探究加速度与力、质量关系的实验中,影响小加速度的力是合力,其中必有绳拉力和摩擦力提供合力,为简便测量起见,将长木板不带定滑轮的一端适当抬高,让重力沿长木反方向的分力也参与合力作用,且该分力与摩摩力是大小相等、方向相反,这样合力作用只用绳拉力这一个力来表示。因此,平衡摩擦力简便合力表达意图,也可以看出,平衡摩擦力条件与质量m<<M关系没有必然关系。

2、质量m<<M关系由来

在探究加速度与力、质量关系实验中合力是绳子的拉力,因绳子中的拉力无法直接测量,在此就中钩码的重力代替绳中的拉力,而实际上绳上拉力F=Mmg/(M+m)=mg/(1+m/M),当m<<M时,F≈mg。因此,质量m<<M关系条件是为了简便合力测量计算而已。

二、平衡摩力和m<<M的条件在其它实验中应用

1、验证动能定理

实验以小车为研究对象,在动能定理中涉及到合外力做功,为简便合力还要平衡摩力,此时绳上拉力便为合力,为方面绳上拉力测量,也还要求m<<M。

2、验证系统机械能守恒定律

机械能守恒的条件是除重力以外的其它力不做功或做功为0,这样一来在该实验中平衡摩擦力也就无意义了,就是平衡摩擦力也不能改变摩擦力做功违反了机械能守恒的条件。在机械能守恒中系统动能只在重力做功下发生变化,因此在该实验中尽可能减小摩擦力做功对动能的影响,所以摩擦力做功应远小于重力做功,此时摩擦力做才可以忽略不计,因摩擦力产生在小车部位,对钩码与小车质量要求是m>>M。(这一点学生若不注意很容易出错

若该实验装置换成气垫导轨,则对质量无要求。

 

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