“动态平衡条件下测力实验”再探究

甘肃省合水县乐蟠初中(745400)赵信智

1分子力实验

高中物理课本中有关分子力的小实验，其表述是：

用细线把很干净的玻璃板吊在弹簧秤下面，记下弹簧秤的示数。使玻璃板水平接触水面，然后稍稍用力向上拉玻璃板，如图1所示，弹簧秤的示数有什么变化？解释产生这个变化的原因？笔者通过多次实验难以观察弹簧秤的示数变化，并且不能准确测量分子力的大小。

1.1不能准确测量力的原因

（1）用手通过弹簧秤拉玻璃板，是一种动态平衡条件下测力大小实验，弹簧秤示数时刻在变化。

（2）读数的大小并不能保证就是玻璃板将要离开水面时的受力大小。

（3）玻璃板离开水面时，极易使水面产生波动会影响实验结果。

1.2改进实验

1.2.1实验装置

实验装置如图2所示。

1.2.2操作过程

把弹簧秤A悬挂在天花板上，毛玻璃板B重1 N，长4 cm宽3 cm，用细线系好挂在弹簧秤A的挂钩上，D为带有支管的玻璃缸，C为能够控制水流速度的开关，E为大烧杯。先关闭C，向玻璃缸中注满水，将玻璃板斜插入水中，没入水下1cm左右，调节细线使毛玻璃板水平，并将细线上端与弹簧秤A的挂钩固定，打开开关，使水缓缓流向E，随时控制流速。

1.2.3实验结果

实验中发现玻璃板淹没在水中时，弹簧秤示数0.5 N；当玻璃板开始露出水面时，弹簧秤示数逐渐增大；当弹簧秤示数达到1 N时并不停止，仍然随着水面下降而增大；毛玻璃板即将脱离水面时，弹簧称示数最大为2.5 N;随后玻璃板脱离水面，弹簧秤示数很快恢复为1 N。

1.2.4实验分析

玻璃板离开水面后，可看到板下表面有水珠，说明外力克服分子间引力而造成拉力大于玻璃板的重力。

1.2.5注意事项

（1）为了保证弹簧秤不晃动，将弹簧秤上端固定。

（2）为了保证玻璃板水平，应将四端绳子上端固定。

（3）为了防止玻璃板下有气泡，应将玻璃板斜插入水中。

1.3实验优点

（1）采用改进后的装置，通过水位下降使玻璃板与水面分离时，保证玻璃板水平。

（2）保证了弹簧秤不移动，并且控制水面稳定下降，减少了水面波动对实验的数据影响。

（3）玻璃板受力平衡时，停留时间较长，保证了读数的准确性。

2摩擦力实验

2.1教材实验

初中物理9年级“研究滑动摩擦力大小与那些因素有关”的实验装置，如图3所示。其操作为：用弹簧测力计匀速拉动木块，使它沿长木板滑动，从而测出木块与长木板之间的摩擦力；改变放在木块上的砝码，来改变木块与长木板之间的压力；把毛巾、棉布等铺在长木板上，从而改变接触面的粗糙程度，最后得出结论。

2.2存在的问题

这个实验看起来容易，但实际操作过程中存在3个问题：①用力拉滑块很难保证匀速直线运动;②确保弹簧秤拉木块始终水平有难度；③木块运动过程中很难保证读数准确。对此笔者提出改进意见。

2.3改进实验

2.3.1实验装置

实验装置如图4所示。

2.3.2操作过程

将物块B挂在弹簧测力计A的挂钩上，并将弹簧测力计A右端固定。长木板C与砝码盘D通过绳子连接，给砝码盘D中加入砝码，使长木板C可以运动起来为止，读出弹簧测力计A的示数，即为滑块受到的摩擦力大小。

2.3.3注意事项

（1）为了消除由于弹簧测力计的重力对摩擦力大小的影响，可以将弹簧测力计右端固定，以保证测力计水平。

（2）调整长木板和定滑轮的高度，以确保水平拉动长木板。

2.4实验优点

（1）采用改进后的实验装置，确保弹簧测力计拉动木块始终水平。

（2）本实验是根据二力平衡原理设计的，木板达到静态平衡的时间较长，确保读数准确。

（3）根据滑动摩擦力产生的条件和牛顿第三定律，长木板上表面和木块下表面有摩擦力存在，木块水平方向上就受到滑动摩擦力和测力计的拉力，而木块始终保持静止，测力计的示数就是摩擦力的大小。采用这样的装置，变动态平衡为静态平衡，就不需要考虑长木板是否匀速运动。

2.5小结

为了使实验现象明显，性能稳定，易操作、易观察，笔者在实验器材上做了许多工作。为了增强测力计的显示能力，利用杠杆放大器将较小弹簧伸长形变转换成较大的圆周角位移，并且把指针染成红色。

收稿日期：2014-06-06