祝文生江西省余江县第一中学335200
近几年,多数高考题从考查课本上既定的学生实验转向了灵活多变的创新实验,因此,应根据要求灵活运用已学过的物理理论、实验方法和仪器,设计简单的实验方案并处理相关的实验问题,培养设计实验的能力。下面就以μ的测量谈谈实验设计。
方法一:用弹簧秤“称”出μ
步骤如下:
①用弹簧秤称出物块的重力G。
②将物块放在粗糙的水平板上。
③用弹簧秤水平拖住物块不动。
④用力拖动水平板朝与弹簧秤拉力相反的方向运动,读出此时弹簧测力计的读数F。
⑤根据F=μN、N=G,求出μ=。
点评:此方法原理简单,操作方便,误差的来源是弹簧秤是否水平拉木块。
方法二:用刻度尺“量”出μ
步骤如下:
①将带有电机的传送带水平放置。
②接通电源,让其以恒定速度v0转动。
③将带有颜色的小物块轻放在传送带上。
④关闭电源,量出小物块留下的痕迹△x。
拓展延伸:若不知v0怎么办?
办法1:测出转速n和量出半径r,则v0=2nπr。
点评:此方法操作方便、快捷,误差主要来源是将物块刚放到传送带上时,传送带的速度是要略微降低的。
方法三:用量角器“量”出μ
步骤如下:
①用同种材料构成如图所示的斜面。
②让一小物块从斜面A点滑下,到水平面某一位置停下标为C点。
③用细线连接A、C两点。
④用量角器量出∠ACB=θ,则μ=tanθ。
解析如下:由动能定理可得W=Ek2-Ek1,
所以:μ=tanθ。
点评:上述方法取材简单,操作方便,误差主要来源是在B点处有少量的动能损失。从以上解析可以知道,只要高度一定,在斜面上摩擦力做的功与lAB和α无关,为了使在B点的动能损失得最少甚至不损失,建议用弧度代替AB段。
方法四:用打点计时器“打”出μ
步骤如下:
①如图,将带有定滑轮的长木板固定在水平桌面上。
②在长木板的上端放置一个小滑块,在物块的一端与纸带相连,另一端通过定滑轮用细线与滑块等质量的物块相连。
③将纸带穿过打点计时器的限位孔,使物块靠近打点计时器。
④启动电源,释放纸带。
⑤根据纸带打下的点,用逐差法算出a。
点评:此法让学生练习使用了打点计时器和学会了纸带处理,以及解决了连接体问题,是一个综合性较强的实验设计,需要学生有扎实的功底,误差的主要来源是由于纸带会受到打点计时器的摩擦阻力,会造成实验结果比真实值大。
μ的测量方法虽多,每种方法都有其优缺点,但都是根据F=μN来设计的,在实际应用时,应根据给定的实验器材,设计简单易行、测量精度符合要求的实验方法去完成实验目的。