TH—2175型摩擦力演示器的實(shí)驗(yàn)研究

孫洋 王林

【摘要】為了探究有關(guān)摩擦力的實(shí)驗(yàn)，對(duì)TH-2175型摩擦力演示器進(jìn)行研究。通過搖動(dòng)搖桿可以直接顯示出滑塊與摩擦面間的摩擦力。不僅可以直接地觀察到靜摩擦力、最大靜摩擦力以及滑動(dòng)摩擦力的大小關(guān)系，還可直觀地顯示出物體間摩擦力的漸變過程。并可以通過改變正壓力及接觸面粗糙程度等探究影響摩擦力大小的因素。

【關(guān)鍵詞】靜摩擦力 摩擦力 滑動(dòng)摩擦力

【中圖分類號(hào)】G633.7 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2015）14-0073-02

傳統(tǒng)的演示實(shí)驗(yàn)是用彈簧測(cè)力計(jì)拉著物塊做勻速直線運(yùn)動(dòng)，測(cè)力計(jì)示數(shù)可以顯示摩擦力的數(shù)值。但在實(shí)驗(yàn)中測(cè)力計(jì)的示數(shù)容易變化，會(huì)忽大忽小，因此容易給讀數(shù)帶來一定程度的困難。[1]而TH-2175型摩擦力演示儀可以避免傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的弊端：彈簧測(cè)力計(jì)通過滑輪與物塊相連，只要?jiǎng)蛩俎D(zhuǎn)動(dòng)搖柄拖動(dòng)物塊，就能很直觀地觀察到彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)變化。這樣做消除了不易觀察、讀數(shù)難、可見度差的缺點(diǎn)，同時(shí)也大大減少了系統(tǒng)誤差，解決了長(zhǎng)期以來摩擦力演示上的難點(diǎn)。

1 實(shí)驗(yàn)裝置及原理

1.1實(shí)驗(yàn)裝置

如圖，TH-2175型摩擦力演示器由彈簧測(cè)力計(jì)（量程1N，最小分度值0.1N）、搖柄、底座、絲桿、摩擦塊、摩擦面組成。

1.2實(shí)驗(yàn)原理

與傳統(tǒng)的摩擦力演示裝置不同，TH-2175型摩擦力演示器將彈簧測(cè)力計(jì)垂直固定于絲桿之上，通過滑輪與物塊相連，絲桿又與右側(cè)的搖柄相連。通過勻速轉(zhuǎn)動(dòng)搖柄，給物塊一個(gè)水平向右的力，彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)就會(huì)發(fā)生變化，通過觀察記錄彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)，在物塊與摩擦面保持相對(duì)靜止時(shí)，可以測(cè)得物塊所受到的靜摩擦力；當(dāng)物塊開始滑動(dòng)后，可以測(cè)得物塊所受到的滑動(dòng)摩擦力大小。其中還有兩點(diǎn)注意事項(xiàng)：

（1）絲桿行程不能小于120mm，否則會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

（2）物塊的重量要考慮在內(nèi)，會(huì)影響摩擦力大小。

2 實(shí)驗(yàn)步驟

（1）組裝儀器：用兩個(gè)螺絲釘將彈簧測(cè)力計(jì)固定在絲桿上，用白色細(xì)線將滑塊、滑輪和彈簧秤連接起來。

（2）用托盤天平稱出物塊的質(zhì)量，記錄數(shù)據(jù)。

（3）將絲桿調(diào)到最右端，將物塊平放在摩擦面上，使線拉直。

（4）緩慢旋轉(zhuǎn)搖柄，彈簧秤隨絲桿移動(dòng)，對(duì)物塊的拉力逐漸增大，記錄彈簧秤示數(shù)增大情況示數(shù)。

（5）繼續(xù)旋轉(zhuǎn)搖柄，讀取最大靜摩擦力。

（6）繼續(xù)旋轉(zhuǎn)搖柄，讀取滑動(dòng)摩擦力大小。

（7）在摩擦塊上的槽里依次放入250g、350g、450g的砝碼，重復(fù)上面的實(shí)驗(yàn)。

（8）分別將毛巾和A4紙放在摩擦面上鋪好，夾緊，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)。

（9）將摩擦塊面積小的一面朝下，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，記錄數(shù)據(jù)。

3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

150g

當(dāng)摩擦系數(shù)一定（物塊直接放在摩擦面上），改變砝碼質(zhì)量，測(cè)量數(shù)據(jù)如下：

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后可以得出結(jié)論：靜摩擦力隨拉力的增大而增大，但靜摩擦力的增大有一個(gè)限度，其最大值數(shù)值上等于物體剛剛開始運(yùn)動(dòng)的拉力，這個(gè)最大值稱為最大靜摩擦力?；瑒?dòng)摩擦力小于等于最大靜摩擦力。摩擦面的滑動(dòng)摩擦系數(shù)

5 實(shí)驗(yàn)的優(yōu)缺點(diǎn)

5.1優(yōu)點(diǎn)

（1）該演示器集多重演示功能于一體，可以非常直觀地演示摩擦力的方向，并且能夠探究滑動(dòng)摩擦力大小與正壓力、接觸面粗糙程度、運(yùn)動(dòng)速度、接觸面積的關(guān)系，探究比較滑動(dòng)摩擦與靜摩擦的大小關(guān)系等，因此教學(xué)效果顯著。[2]

（2）通過手搖搖柄拖動(dòng)物塊，彈簧秤豎直放置，方便同學(xué)更直觀的觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，比傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)效果更好。

5.2 缺點(diǎn)

（1）滑輪會(huì)損耗一部分的機(jī)械能，因此實(shí)驗(yàn)得到的摩擦力比實(shí)際值偏小。

（2）木塊在滑動(dòng)過程中容易偏離直線軌道，不一定沿直線運(yùn)動(dòng)。

（3）手搖搖柄也并不能完全保證物塊勻速運(yùn)動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生誤差。

（4）毛巾容易隨著物塊的滑動(dòng)隆起，這會(huì)對(duì)物塊的滑動(dòng)起到阻礙，影響數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

改進(jìn)方法：

（1）將繩子剪短，減小機(jī)械能的損耗。

（2）可以用砂紙代替毛巾。砂紙的接觸面很粗糙，并且不容易隨著物塊的滑動(dòng)發(fā)生運(yùn)動(dòng)，現(xiàn)象會(huì)更加明顯和準(zhǔn)確。

6 結(jié)束語：

TH-2175型靜摩擦力演示器將將彈簧測(cè)力計(jì)豎立，并與絲桿、滑輪進(jìn)行結(jié)合，通過勻速轉(zhuǎn)動(dòng)搖桿增大拉力，這是本實(shí)驗(yàn)儀器的創(chuàng)新點(diǎn)。本實(shí)驗(yàn)效果直觀，可以幫助學(xué)生掌握摩擦力的產(chǎn)生條件和影響因素。利用該演示器不僅可以探究靜摩擦力和滑動(dòng)摩擦力的產(chǎn)生及演變過程，還可以探究影響滑動(dòng)摩擦力大小的多個(gè)因素，實(shí)驗(yàn)功能齊全。通過表格記錄摩擦力，可以很好地對(duì)比最大靜摩擦力和滑動(dòng)摩擦力的大小關(guān)系。

參考文獻(xiàn)：

[1]物理實(shí)驗(yàn)中的測(cè)量、估讀與誤差[J]. 中學(xué)物理教學(xué)參考.1998年05期

[2] 徐高本.學(xué)習(xí)滑動(dòng)摩擦力應(yīng)弄清的“四個(gè)關(guān)系”[J].數(shù)理化學(xué)習(xí)（高中版）.2010（19）