钩码拉小车类实验中平衡摩擦力与质量条件分析

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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

查字典物理网 2016-02-29

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mM，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mM的条件而出现错误。

一、平衡摩擦力和mM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mM关系没有必然关系。

2、质量mM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mM时，F≈mg。因此，质量mM关系条件是为了简便合力测量计算而已。

二、平衡摩力和mM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mM。

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mM。（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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