“F合=ma”實驗條件的研究

論文類別:理學論文 > 物理學論文
論文作者: 董會玲
上傳時間:2012/9/19 9:59:00

    高中物理(必修1)教材第108頁,在用小車驗证牛頓第二定律的實驗中有這样兩個條件:一是水平板光滑;二是砝碼跟小車相比質量較小,同時滿足上述條件,實驗時方可近似認為細繩對小車的拉力等於砝碼重力的大小。在教学過程中,我對上述問題做了以下探索:
    問题1 為什麽細繩對小車的拉力大小與砝碼重力大小是近似相等?並且条件是水平長木板光滑且砝碼質量遠小於小車質量?
    分析 如圖1所示裝置,用細繩通過定滑輪將放在水平長木板上的小車和砝碼連接,使小車做勻加速運動。
“F合=ma”实验条件的研究    
    設小車質量為M,砝碼質量為m,加速度大小為a,小車與長木板間的動摩擦因數為μ。
    對於砝碼,受力如圖2所示: mg-F=ma
    对於小車,受力如圖3所示: F-μMg=Ma
    聯立上述解得:F=(1+μ)mMg/(m+M)
    討論:
    (1)若水平長木板光滑,即μ=0,則F=mMg/(m+M)
當m≪M時,m/M→0,則F≈mg
    (2)若水平長木板不光滑,即μ≠0,當m≪M時,F≈(1+μ)mg
    問题2 若长木板不光滑,做驗證F合=ma實驗時,怎樣平衡摩擦力?
    分析 通過上述討論可知,若長木板水平,當μ≠0,且m≪M時,F≈(1+μ)mg,要測出F,必須知道μ,這樣就使實驗復雜化,为了使實驗簡便易行,可采用下述方法來平衡摩擦力:將長木板的一端墊高一些,並調節斜面傾角α,以重力的下滑分力來平衡摩擦力,使小車較好地做匀速直線運動,再調解定滑輪,使細線與長木板平行,即可按步驟實驗。
“F合=ma”实验条件的研究    
    如图4所示裝置:
    对於砝碼受力如圖5所示:mg-F=ma
    對於小車受力如圖6所示:F+Mgsinα-μMgcosα=Ma
    聯立上述解得:F=(1-sinα+μcosα)mMg /(m+M)
    當μ=tanα且m≪M時,F≈mg
    可見,要在現實條件下驗證F合=ma,長木板最好傾斜α角放置在水平桌面上,需要滿足條件:Mgsinα=μMgcosα,即μ=tanα,且m≪M,即可認為小車所受拉力近似等於砝码重力的大小。轉貼于 免費論文下載中心 http://www.hi138.com
下载论文

論文《“F合=ma”實驗條件的研究》其它版本

物理學論文服務

網站聲明 | 聯系我們 | 網站地圖 | 論文下載地址 | 代寫論文 | 作者搜索 | 英文版 | 手機版 CopyRight@2008 - 2017 免費論文下載中心 京ICP备17062730号