自制“探究靜摩擦力大小”實驗的裝置

李威

(江陰市祝塘中學 江蘇 無錫 214415)

學生分組實驗教學是中學物理教學的重要組成部分，是培養學生的觀察能力、動手操作能力、思維能力的重要途徑，是突破教學難點的重要手段.筆者通過研究“探究靜摩擦力大小的實驗”，找到了更好地開展學生分組實驗的方法，并制成了更完善的實驗裝置，提高了學生分組實驗的可操作性、準確性，相信會進一步滿足學生分組實驗的需要.

1 實驗裝置的制作

1.1 制作材料

一端帶滑輪的長木板，木塊，細線，粗鐵絲，鉗子，螺絲刀，釘子.

1.2 制作原理

本實驗制作采用放大法.

1.3 制作說明

實驗制作器材盡可能利用生活中常見的材料或實驗室常用的器材，目的是讓一般的學校,特別是經濟條件比較落后的農村中學，也能成功制作這套實驗裝置，順利開展學生分組實驗.

1.4 制作過程

圖1是實驗室常見的帶滑輪的長木板、木塊.圖2是改造后的實驗裝置，其制作過程如下.

圖1

圖2

(1)制作手柄

用鉗子將粗鐵絲做成圖3中的形狀(圖中未按比例畫)，各部分尺寸及作用如下.

圖3

尺寸：①4 cm；②1.5 cm；③10 cm；④12 cm；⑤10 cm.

作用：

①部分.這部分是軸，細線一端固定的位置，安裝前,用鉗子的鋒刃部分在軸上壓幾道痕，目的是增加細線與軸之間的摩擦力，在軸轉動過程中，細線能隨軸一起轉動，不會打滑.痕不能太深或太淺，太深軸容易斷掉，太淺細線與軸之間的摩擦力太小，細線依然會打滑.

②部分.這部分是用來固定并穩定軸的，它可以使軸在轉動過程中不會上下、左右移動，可以避免細線卡在孔中，從而使軸能持續順利地轉動.

③部分.如果沒有這部分，在轉動過程中手柄的⑤部分就會與桌面接觸，不能持續轉動，實驗進行不下去.如果實驗裝置放在桌子邊緣，可以克服這個困難，但又會帶來另一個問題，實驗裝置很容易被學生碰到，發生晃動，彈簧測力計讀數不準確.如果學生碰得力度大一點，實驗裝置還會掉到桌子下面,這部分的作用就可以很好地解決這個問題.經過多次實踐發現,這部分長度10 cm左右最好，太長了，手柄在轉動時，實驗裝置也會搖晃.

④部分.這部分的作用是使實驗效果放大，手握住⑤部分轉動一大圈時，彈簧測力計的掛鉤只被拉動很小一段距離(等于粗鐵絲直徑)，彈簧測力計的示數很小，也就是說手轉動了一大圈，通過彈簧測力計拉木塊的力卻很小,理論上這部分越長，放大效果越明顯,具體實踐中發現,這部分長度12 cm左右最好.

⑤部分.這部分是轉動手柄過程中手握的部分，長度10 cm左右，沒有嚴格要求.

(2)安裝手柄

卸下滑輪(圖4)，將手柄的軸插入兩個孔中，用鉗子將①部分上端(圖5)固定好.

圖4 圖5

(3)木塊的改造和彈簧測力計的放置

在木塊上端偏左一端固定一顆釘子，這樣做的目的是使彈簧測力計重心在木板上，在實驗過程中不會滑動或傾斜，當然，也可以選擇長一點的木塊，可以達到同樣的效果.彈簧測力計按如圖2所示放置在木板上，彈簧測力計的拉環固定在釘子上.這樣設置有顯著的優點，即彈簧測力計在實驗過程中不動，大大提高了學生讀數的準確性、精確性，增強了實驗的可信度.

(4)組裝和調試

細線一端固定在手柄的軸上，另一端固定在彈簧測力計的掛鉤上(圖2)，調整手柄高度，使細線與木板平行.細線拉木塊的力和長木板平行，與木塊受到的長木板施加的靜摩擦力是一對平衡力.

2 運用自制的實驗裝置 開展學生分組實驗

實驗過程中，學生的手握住手柄的⑤部分，緩慢轉動，隨著手柄轉動轉數的增加，細線拉木塊的力逐漸增加.當手柄轉動1轉時，彈簧測力計的掛鉤只移動很小的一段距離.這時，彈簧測力計有示數，木塊未動 ，根據二力平衡，細線拉木塊的力等于木塊受到的靜摩擦力.如此轉動下去，大概轉動3圈以上，木塊才會被拉動.在學生分組實驗時，教師可以引導學生設計表格,如表1所示.

表1 教師引導學生設計的表格

實驗完畢，學生根據數據，獨立分析、小組討論，得出靜摩擦力大小特點：

(1)隨著使物體產生相對運動趨勢的外力的變化而變化；

(2) 0

(3)最大靜摩擦力等于物體剛要運動時的外力.

在此基礎上，教師可以引導學生繼續深入探究最大靜摩擦力與哪些因素有關(表2).

表2 探究影響最大靜摩擦力的因素

分析數據得出結論：

(1)壓力一定，接觸面越粗糙，最大靜摩擦力越大;

(2)接觸面的粗糙程度一定，壓力越大，最大靜摩擦力越大.