巧用家用料理機(jī)演示摩擦力做功

陳翠平

摘 要：在焦耳熱功當(dāng)量的實(shí)驗(yàn)中，讓重物緩慢下落帶動(dòng)固定在轉(zhuǎn)軸上的葉片旋轉(zhuǎn)，葉片攪動(dòng)水通過(guò)摩擦力對(duì)水做功，從而使水的溫度升高。焦耳的實(shí)驗(yàn)理論上講很容易理解，實(shí)際操作該實(shí)驗(yàn)卻很困難。如果采用料理機(jī)的攪拌模式，直接讓電機(jī)帶動(dòng)葉片攪動(dòng)水做功，不僅可以達(dá)到相同的效果，同時(shí)還更便于操作和控制變量。

關(guān)鍵詞：料理機(jī) ;演示;摩擦力做功

在高中物理選修3-3第十章第一節(jié)內(nèi)容《功和內(nèi)能》中，焦耳的第一個(gè)代表性實(shí)驗(yàn)如下：將水裝在絕熱容器內(nèi)，讓兩端的重物緩慢下落帶動(dòng)固定在轉(zhuǎn)軸上的葉片旋轉(zhuǎn)，葉片攪動(dòng)水通過(guò)摩擦力對(duì)水做功從而使水的溫度升高。多次實(shí)驗(yàn)測(cè)量表明：盡管重物的質(zhì)量，下落高度，次數(shù)不同，但只要在重物下落過(guò)程中對(duì)水做功相同，水的溫度升高量就相同，即系統(tǒng)的熱力學(xué)狀態(tài)變化相同。焦耳的這個(gè)實(shí)驗(yàn)原理很簡(jiǎn)單，從能量的角度來(lái)講就是重物緩慢下落過(guò)程中，減少的重力勢(shì)能通過(guò)摩擦力做功的方式轉(zhuǎn)化成系統(tǒng)增加的內(nèi)能。但實(shí)際操作中有兩點(diǎn)實(shí)現(xiàn)起來(lái)很困難：

第一點(diǎn)：要恰好讓重物緩慢下落很困難。每次必須保證重物重力在轉(zhuǎn)軸上的力矩恰好等于水的摩擦力給葉片的力矩才能保證重物是緩慢或者勻速下落的。在實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐過(guò)程中，如果去調(diào)節(jié)這兩個(gè)力的力矩恰好相等操作很困難，需要多次試驗(yàn)才能確定重物是否勻速下落。

第二點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)過(guò)程很困難。理論數(shù)據(jù)來(lái)講，如果讓總質(zhì)量為26.320kg的重物，每次下落160.5cm，連續(xù)下落20次，才能使1kg的水溫度升高1.971℃。……