分子力小实验的改进，本文主要内容关键词为：分子力论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
高中《物理》选修3-3的第11面有一个关于分子力的小实验，其表述是：把一块洗净的玻璃板吊在橡皮筋的下端，使玻璃板水平地接触水面，如果你想使玻璃板离开水面，必须用比玻璃板重量大的力向上拉橡皮筋。动手做一做，并解释为什么？（如图1所示）。
一、教材中该实验的不足
笔者通过认真阅读和多次实验发现，上述内容存在一些不足：
图1
1.单用手拉玻璃板，很难保证玻璃板被水平拉离水面。
2.玻璃板离开水面时易使水面发生波动，这样会对实验产生影响。
3.用橡皮筋的拉伸形变来显示玻璃板的自重和拉力的变化，不能给出明确的数值。
针对以上不足，笔者利用虹吸原理和测力计示数，对该实验做了如下改进。
二、改进实验
1.自制实验器材及装置
如图2所示，把能够随时显示拉力大小的弹簧测力计B悬挂在铁架台A的横梁上。毛玻璃板C，重约2N，长15cm，宽10cm，用细线将其系好后（系的方法如图1所示）挂在弹簧测力计B的挂钩上。D为一玻璃缸，内盛清水，其侧壁装一可调节的夹子E，E用来固定橡胶管F并且可以调节水的流速。用烧杯向橡胶管内注满水，出水口用止水夹夹住并放在较低位置的水盆中，进水口深入玻璃缸中，打开止水夹利用虹吸原理可以把玻璃缸中的水引入水盆G中，水盆和玻璃缸的高度差约为0.5m。
2.实验操作及结果
(1)如图2所示组装好仪器；
图2
(2)毛玻璃板斜插入水中，没入水面以下1cm左右，调节细线使毛玻璃板保持水平，并且可以用热熔胶将细线的节点固定的弹簧测力计的挂钩上；
(3)待水面平静后，打开乳胶管上的止水夹，利用虹吸原理将玻璃缸中的清水慢慢排出，旋进或旋出E的螺母可以使流速变小或变大。
实验时，我们可以观察到：玻璃板完全淹没在水中时，测力计读数为0.5N；当玻璃板开始露出水面时，测力计的示数逐渐增大；测力计的示数达到2N时并不停止，仍然随着水面下降继续增大；毛玻璃即将脱离水面时，测力计的示数最大为2.5N；随后，毛玻璃完全脱离水面时，测力计的示数迅速减小，最后稳定在玻璃板的自重2N处。实验表明，玻璃板与水面发生分离时，拉力要大于玻璃板的重力；玻璃板离开水面后，可以看到玻璃板下表面上仍有水，说明玻璃板离开水时，水层发生断裂，由于分子之间有引力存在，外力要克服这些分子引力就造成外界拉力大于玻璃板重力的结果。
3.注意事项
(1)为了使弹簧测力计不晃动，可以用胶带将其固定在横梁上；
(2)要尽可能保证玻璃板水平；
(3)为了避免玻璃板下表面附着气泡，可以把玻璃板缓慢倾斜插入水中直到安全浸没；
(4)尽管随着水的排出会使水面高度差减小，但是与原初的高度差相比很小，所以可以认为流速不变。
三、实验的优点
(1)采用虹吸的办法，通过水位下降使玻璃板与水面分离，能够保证玻璃板始终水平，能够使测力计不发生移动，能够控制水面缓慢稳定下来，保证了水面波动的最小化。
(2)弹簧测力计可以示数，使得实验过程非常直观，无论作为演示实验还是学生动手实验，现象都很明显，便于观察记录。演示该实验时，可以在弹簧测力计所测得的玻璃板重力的地方加一个标记，例如贴个红色的纸条等，这样有利于学生更好地观察、对比。
(3)能够观察到分子引力随着水位下降而发生变化的情况，还可以观察到玻璃板下表面与自由水面的位置关系。
以上实验改进立足于中学物理教学实际，利用了丰富的物理课程资源，提高了实验的可观察性，使学生更好地理解了物理知识。
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