“探究影響摩擦力因素實驗”的改進方案

曹開錚

銅山縣教育局教研室，江蘇省銅山縣221116

摘要：探究影響摩擦力的因素是力學教學的重點和難點，本文探討了控制實驗的操作技巧和獲取數據的方法。

關鍵詞：探究；摩擦力；實驗；改進

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A文章編號：1003-6148(2009)3(S)-0061-2お

“探究影響摩擦力因素實驗”是高中物理課標教材的基本實驗之一，本實驗能讓學生親身感受摩擦力的特點，掌握測定動摩擦因數的方法。由于本實驗具有定量的特點，不僅能給學生留下深刻的印象，更能幫助學生突破摩擦力概念抽象、難理解這一難點。然而，在實際的教學中，操作起來非常困難：一是按照現行教材的設計方案進行操作(圖1甲)，當物體A開始運動的瞬間，彈簧測力計的示數變化（由最大靜摩擦力變為滑動摩擦力）所經歷的時間極短，難以讀出最大摩擦力的數值；二是在物體A沿木板B上表面滑動的過程中，由于彈簧測力計處于運動狀態，讀取彈簧測力計的示數也很困難。基于這兩點，有的把該實驗改裝成如圖1乙所示的方式，確實解決了彈簧測力計在運動過程中讀數難的問題，但要拉動木板B勻速運動也非常困難，這就難以說明物體之間的滑動摩擦力與物體的運動速度、運動性質無關這一結論。為了克服上述缺點，我縣教師經過認真思考和實驗探究，摸索出了一套行之有效的改進方案。現簡述如下：おお

1 實驗改進方案

1.1 實驗器材與裝置

1.1.1實驗器材 示教用彈簧測力計、表面光滑度均勻的長木板、上面帶槽的方木塊、滑輪、輪軸各一個，長毛巾和白布各一條，支架一個，砝碼和細線若干。

1.1.2實驗裝置和原理（圖2）お

1.2 實驗操作步驟

1.2.1靜摩擦力的特點探究

手持輪軸D的把手，并用力試圖轉動把手，當轉動把手的力從零逐漸增大的過程中，學生會觀察到彈簧測力計的示數隨著逐漸增大，當示數增大到某一數值時，木塊開始滑動，彈簧測力計的示數由最大值突然變小到某一數值；在方木塊A的槽內放上質量不等的砝碼，重復上述實驗，學生會觀察到彈簧測力計的最大示數變大；把長毛巾和白布分別固定在長木板的上表面，重復上述實驗步驟，學生會觀察到彈簧測力計的最大示數也變大。

結論 靜摩擦力的大小有個范圍(0≤F≤F﹎ax )，最大靜摩擦力與正壓力成正比，還與接觸面的材料、粗糙程度有關。

1.2.2滑動摩擦力的特點探究

用力轉動輪軸的把手，使木板以較小的速度勻速運動，學生會觀察到彈簧測力計的示數保持某一數值不變；快速轉動輪軸的把手，使木板以較大的速度勻速運動，學生會觀察到彈簧測力計的示數與木板以較小的速度勻速運動相同；用力轉動輪軸的把手，使木板加速運動，學生會觀察到彈簧測力計的示數與勻速運動時相同；再忽快忽慢地轉動輪軸的把手，使木板做變速運動，學生會觀察到彈簧測力計的示數還與勻速運動時相同；在方木塊A的槽內放上質量不等的砝碼，重復上述實驗，學生會觀察到彈簧測力計的示數變大；把長毛巾和白布分別固定在長木板的上表面上，轉動輪軸的把手，使木板運動，學生會觀察到彈簧測力計的示數比不加長毛巾和白布時要大。

結論 滑動摩擦力的大小與正壓力成正比，還與接觸面的材料、粗糙程度有關，但與物體的運動狀態無關。

1.2.3動摩擦因數的測定

用彈簧測力計測出木塊的重力，利用圖2裝置測出木塊與長木板(或其它物體)之間的滑動摩擦力，利用公式μ=F璑F=GF便可測出兩物體之間的的動摩擦因數。

2 實驗方案改進的可行性分析和友情提醒

⑴本實驗所用的彈簧測力計、滑輪、方木塊、輪軸等儀器，是中學物理實驗常用的器材，容易配置，只要再做一個支架就能輕松完成本實驗。

⑵由于驅動長木板運動的外力是通過輪軸施加的，轉動輪軸時人手活動的范圍小、易于操作，調節和控制木板的運動狀態成為可能。教師在課前只要訓練3～5次，就能保證實驗的成功。

⑶長木板可以選用實驗中已有的一端帶滑輪的木板。但由于它的長度有限，拉動的時間太短，不便于觀察讀數。可做一個長度約為1.5m，寬為20cm左右的木板，更便于實驗的觀察。

⑷連接輪軸與長木板的細線長度要適當，要最大限度的擴大木板運動的距離。

⑸為了便于學生讀取彈簧測力計的示數，一是要把彈簧測力計固定在支架上，以免晃動；二是要選用示教彈簧測力計，增大實驗的可見度。

參考文獻：

［1］張大昌.普通高中課程標準實驗教科書,物理1 (必修).人民教育出版社,2008.7：58

［2］廖伯琴.普通高中課程標準實驗教科書,物理1(必修).山東科學技術出版社,2008.7：75

(欄目編輯王柏廬)