“研究滑動摩擦力的大小”的實驗探究

劉鵬

實驗探究就是通過師生及生生間的互助、互動來設計實驗、探索知識、解決問題的學習方式，它是培養學生科學素質和創新能力的重要手段.下面以研究滑動摩擦力的大小為例談談對實驗探究的一些做法.

一、提出問題

我們如何研究影響滑動摩擦力的因素？怎樣測滑動摩擦力的大小呢？

二、猜想

通過學生的自主討論，得到如下猜想與假設：

猜想1：滑動摩擦力大小與接觸面間的壓力有關系

猜想2：滑動摩擦力大小與相對運動快慢有關系

猜想3：滑動摩擦力大小與接觸面面積有關系

猜想4：滑動摩擦力大小與接觸面粗糙程度有關系

三、設計實驗

將一端固定的測力計拴在滑塊上，并使滑塊位于水平木板上，使木板勻速運動，測力計和滑塊雖然處于靜止狀態，但滑塊與木板有相對運動，因此滑塊受到滑動摩擦力.觀察測力計的讀數F，根據F=f測得f的大小.通過控制變量法，探究上述猜想.（本實驗也可用微型電動機代替重物拉動木塊）

四、實驗器材

玻璃板、鐵板、泡沫板等各一張、滑塊、鉤碼、長木板、托盤天平、重物（微型電動機）、細繩、測力計等

五、實驗裝置

六、進行實驗

實驗一、滑動摩擦力大小與接觸面間的壓力的關系

在物體的接觸面面積、接觸面的粗糙程度、物體相對運動的速度一定的條件下（控制變量法），探究滑動摩擦力與接觸面間壓力的關系：

實驗二、滑動摩擦力大小與接觸面粗糙程度的關系

在物體的接觸面面積、接觸面間的壓力、物體相對運動的速度一定的條件下（控制變量法），探究滑動摩擦力與接觸面粗糙程度的關系

實驗三、滑動摩擦力大小與接觸面面積的關系

在物體的接觸面粗糙程度、接觸面間的壓力、物體相對運動的速度一定的條件下（控制變量法），探究滑動摩擦力與接觸面面積的關系

實驗四、滑動摩擦力大小與相對運動快慢的關系

在物體的接觸面粗糙程度、接觸面間的壓力、接觸面面積一定的條件下（控制變量法），探究滑動摩擦力與物體相對運動的速度的關系

七、實驗結論

滑動摩擦力的大小與正壓力的大小成正比；滑動摩擦力的大小與接觸面面積的大小無關；滑動摩擦力的大小與接觸面的材料、平滑程度有關；在速度較小時，滑動摩擦力大小與相對速度無關.

八、改進實驗、活化學生思維

本實驗中有一個誤區，在探究滑動摩擦力大小與接觸面間的壓力的關系時，學生誤以為壓力一定等于重力，從而出現滑動摩擦力的大小與重力成正比的經典錯誤.

作如圖2改進就解決了上述問題，實驗過程中用鐵架臺及長木板搭建斜面，測量斜面的高度和長度求的傾角θ.實驗過程同上實驗.拉動木塊，觀察測力計讀數F，根據f=T-Gsinθ和F_N=Gcosθ測得f和F_N.改變不同傾角，重復上述實驗.這樣改進的目的，主要探究滑動摩擦力與重力和壓力的關系.在重力不變的情況下，調整傾斜的角度，改變壓力.拉動木板，觀察測力計的讀數，判斷滑動摩擦力與重力和壓力的關系.當然也可以探究滑動摩擦力大小與相對運動快慢的關系；滑動摩擦力大小與接觸面面積的關系；滑動摩擦力大小與接觸面粗糙程度的關系等.

“研究滑動摩擦力的大小”實驗全面體現新課程理念，指導好學生分組探究實驗，增強學生課堂參與率，使每位學生動起手來，使每位小組成員積極參加討論；注重培養學生科學探究的思想，注重實驗的設計和改進.學生在完成這一探究過程中，教師加以適當的引導，經歷了自主探究且回顧了“控制變量法”這種科學探究方法.以上兩種實驗探究方案克服了測力計不易勻速拉動、示數不穩定而不便于讀數的缺點。endprint