重离子碰撞实验中的物理现象

摩擦中的自锁现象

[案例概述]

自锁现象是力学中非常常见的现象，而其中摩擦自锁又是自锁现象中非常重要的一种。对于与摩擦有关的问题，用摩擦角来解决都十分容易，因此利用摩擦角原理来设计夹具也是十分方便的。工程实际中常应用自锁原理来设计一些机构或夹具，如斜楔夹具、螺旋夹具、千斤顶等，使它们始终在平衡状态下工作。就千斤顶而言，它结构简单，但功效强大，当斯加一个很小的力却能举起很重的物体，而且在撤去外力时，仍能在原有位置保持平衡，不会下落。它之所以能在原位置保持平衡，正是因为在千斤顶取得螺纹和螺杆之间存在摩擦，而摩擦的自锁现象使其能让重物固定在需要的高度上。

[相关物理学知识点]

摩擦角，自锁现象，平衡条件，理论力学

[相关物理学原理]

1﹑自锁现象

两个物体接触面之间存在着滑动摩擦，如把木块放在粗糙水平面上，当给木块一水平作用力时，桌面就会给木块一静摩擦力F，阻碍木块的运动；水平力越大，F也越大以保持木块平衡。但是静摩擦力有个上限，当水平力大过某个值，木块将开始运动。这个上限值称为最大静摩擦力，记为maxF。由库仑定律maxFN。

当摩擦力达到最大静摩擦力时，全约束反力R(包括法向反力和摩擦力)和约束面法向的夹角称为摩擦角，记为m；以约束面法向为中心轴，以2m顶角的正圆锥叫作摩擦锥。（如右图1）如意发现摩擦系数与摩擦角的关系是tanm。

当物体受到一个主动力时（如左图），设主动力P与法向的夹角为，且方向指向接触点，法向约束反力大小为N，摩擦力大小为F。约束限制了物体沿法向的运动，cosPN,主动力沿切向分量满足下面关系

maxsincostantantanmPPNNF

因此物体处于平衡状态。上述结论说明，如果主动力作用线落在摩擦锥之内且方向指向接触点，则无论主动力有多大，都不能使物体运动。这种现象就叫做自锁现象。

第十六章 动量守恒定律

1 实验:探究碰撞中的不变量

基础巩固

1.(多选)某同学探究碰撞中的不变量,猜想碰撞前后物体的质量与它的速度的乘积是不变量。用如图所示的斜槽来验证这一猜想时,必须测量的物理量是( )

A.入射小球和被碰小球的质量

B.入射小球从静止释放时的高度

C.入射小球未碰撞时飞出的水平距离

D.入射小球和被碰小球碰撞后飞出的水平距离

答案:ACD

2.(多选)在用气垫导轨进行探究碰撞中的不变量实验时,需要测量的物理量是( )

A.滑块的质量

B.挡光的时间

C.挡光片的宽度

D.光电门的高度

解析:利用挡光片的宽度和挡光时间可以知道滑块的速度,即v=𝑥𝑡,知道了质量和速度才能表示出mv,由实验原理可知,选项A、B、C中的物理量都需要测量。

答案:ABC

3.(多选)用如图所示的装置探究碰撞中的不变量时,必须注意的事项是( )

A.A球到达最低点时,两球的球心连线可以不水平

B.A球到达最低点时,两球的球心连线要水平 C.多次测量减小误差时,A球必须从同一高度下落

D.多次测量减小误差时,A球必须从不同高度下落

答案:BC

4.如图甲所示,在水平光滑轨道上停着A、B两辆实验小车,A车系一穿过打点计时器的纸带,启动打点计时器,给A车一个初速度,使之做匀速直线运动,A车运动一段距离后,与静止的B车发生碰撞并粘在一起运动,纸带记录下碰撞前A车和碰撞后两车运动情况如图乙所示,电源频率为50 Hz,则碰撞前A车速度大小为

m/s,碰撞后两车的共同速度大小为 m/s。

解析:碰撞前A车在0.04 s内的位移x1=2.40 cm,由v=𝑥𝑡得,v1=𝑥1𝑡=0.024 0m0.04s=0.6 m/s,碰撞后两车在0.04 s内运动的位移x2=1.60 cm,由v=𝑥𝑡可得,v2=𝑥2𝑡=0.016 0m0.04s=0.4 m/s。

答案:0.6 0.4

5.在探究碰撞中的不变量的实验中,入射小球m1=15 g,原来静止的被碰小球m2=10 g,由实验测得它们在碰撞前后的x-t图像如图所示。可知入射小球碰撞前的m1v1= ,入射小球碰撞后的m1v1'= ,被碰小球被碰撞后的m2v2'= 。由此得出结论: 。

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浅析初中物理教材中《静电现象》实验的改进

作者：陆挺

来源：《物理教学探讨 》2011年第09期

摘要：本文阐述了如何让静電现象的实验更简单易行，通过改进实验器材，不但能顺利完成演示实验，而且还能让每个学生都能在独立实验中摸索出電荷间的规律。

关键词：静電现象；摩擦起電；实验改进

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003—6148(2011)9(S)－0017—2

苏科版初中物理教材中新加入了静電现象一节，使知识顺畅地从分子过渡到更小的粒子，同时也让看不见摸不着的微观世界与生活的联系更紧密。

学生在8年级下第7章内容的学习过程中，其实更像是在学习一段人类探索发现微观世界的物理学史。本节内容是从分子到原子结构的过渡阶段，通过摩擦起電和它的本质原因探究，为下一节探索更小的微粒作铺垫。

书本内容把本节分为三部分：第一部分是关于分子是由原子组成，分子分成单质分子和化合物分子。由于初二学生还没接触化学，所以对物质的化学性质不了解，在这节课上没有对物质的化学性质进行展开，只让学生能明确分子可以再分成原子并明确分子内部的组成情况。第二部分是关于摩擦起電的问题，是本节的重点，通过分组实验来探究带電体的性质和两种電荷间的相互作用。从古希腊哲学家塞利斯发现摩擦过的琥珀能吸引碎草等轻小物体到富兰克林提出正電荷和负電荷的概念，在这些类别多样的静電实验中，苏科版中采用了标准的丝绸摩擦过的玻璃棒和毛皮摩擦过的橡胶棒。但在具体操作中如果不加任何处理的话，摩擦过的玻璃棒或橡胶棒连第一个实验(带電体吸引轻小物体)都无法完成，更不要说電荷问的相互作用力了。其原因是带電量少，電荷分布在导体表面易与空气中的自由電荷发生中和，且玻璃棒、橡胶棒质量较大，即便是在干燥空气里摩擦后的玻璃棒也只能吸引少量的轻小物体，若空气稍有潮湿(如在教室)则很难看到带電现象。在传统的教学中为了达到明显的实验效果的目的，常常要采用这样一些措施：(1)绝缘体要洗净，清除污垢，并晾干。(2)上课前要把教室通风，保持教室干燥。(3)把所有绝缘材料要烘干，又要防止老化。(4)操作时要保持手干燥，不能对着器材呼吸。为了准备这样一节课常常是煞费苦心，而其最终效果却差强人意，更不要说开展分组实验了。 龙源期刊网

【实验平台】　ＤＩＳ系统在初中物理声现象演示实验中的应用　陈学军　（乌鲁木齐市第十五中学，新疆乌鲁木齐８３００１６）　摘要：ＤＩＳ－￣字化信息系统实验室简介及其在初中物理八年级第一学期第一章声现象的演示实验中的应用，使　学生能直观、定量地观察实验现象，加深对声音的波形、声音的特性以及噪声的理解。　关键词：ＤＩＳ系统；声学演示实验　一、ＤＩＳ数字信息化实验室简介　朗威数字化信息系统实验室（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ系统，以下简称ＤＩＳ系统）是由上海市　中小学数字化实验系统研发中心立足新课改的具体要　求研究开发的。该系统是由“传感器＋数据采集器＋实验　软件包（教材专用软件、通用扩展软件）＋计算机”构成　的新型实验系统。ＤＩＳ系统成功地克服了传统物理实验　仪器的诸多弊端，有力地支持了信息技术与物理教学　的全面整合。　，　我校配置的ＤＩＳ系统由传感器、数据采集器和专用　

（图１）　｝　豁蔫＝　ｔ　ｔ。　§　～　

（图４）５１　２ＨＺ音叉波形　软件构成。数据采集器与计算机以串行方式通信，与传　感器采用并行输入方式，可一并接入最多４个传感器。　它同时具备弹簧测力计、电流表、电压表、示波器、数字　毫秒计、温度计和气压计等多种仪器设备的功能，可以　实现动态测量的高精度和数字化。它能够完成高初中　阶段绝大部分定性、定量测量的物理实验，大幅提高实　验精确度和实验效率。ＤＩＳ系统不仅可以完成传统的物　理实验，还可以完成一些传统实验很难完成的实验并且　现象明显。　

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