自制摩擦力探究實(shí)驗(yàn)裝置

陳海蘭 馮 霞

(安徽師范大學(xué)物理與電子信息學(xué)院,安徽 蕪湖 241000)

自制摩擦力探究實(shí)驗(yàn)裝置

陳海蘭 馮 霞

(安徽師范大學(xué)物理與電子信息學(xué)院,安徽 蕪湖 241000)

高中物理教學(xué)中,摩擦力是一節(jié)重要的科學(xué)性探究實(shí)驗(yàn)課．由于摩擦力大小和方向問題的復(fù)雜性,諸多教學(xué)難點(diǎn)難以突破．常規(guī)摩擦力探究實(shí)驗(yàn)中物塊都是放置在水平面上,易使學(xué)生將產(chǎn)生摩擦力的正壓力與重力混淆．本文針對(duì)這一問題對(duì)摩擦力探究實(shí)驗(yàn)進(jìn)行創(chuàng)新,通過自制實(shí)驗(yàn)裝置將物塊豎直方向放置,使重力不再是產(chǎn)生摩擦力的正壓力,從而幫助學(xué)生對(duì)摩擦力概念、產(chǎn)生條件和特點(diǎn)建立更加清晰的認(rèn)識(shí)．

摩擦力;自制;探究實(shí)驗(yàn)裝置

1 常規(guī)摩擦力探究實(shí)驗(yàn)裝置

1.1 傳統(tǒng)摩擦力實(shí)驗(yàn)裝置

圖1 傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)

如圖1所示(人教版、滬科版、粵教版教科書摩擦力演示實(shí)驗(yàn)),用彈簧測(cè)力計(jì)沿水平方向拉物塊．拉力F增大到一定值前,物塊不運(yùn)動(dòng)．讀出靜摩擦力范圍是0

1.2 改進(jìn)摩擦力實(shí)驗(yàn)裝置

圖2 第1類實(shí)驗(yàn)改進(jìn)圖

針對(duì)傳統(tǒng)摩擦力實(shí)驗(yàn)過程中難以操控物塊和測(cè)量誤差大等問題,一些同仁對(duì)此作出了兩類改進(jìn)．第1類改進(jìn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)如圖2所示(魯科版教科書滑動(dòng)摩擦力探究實(shí)驗(yàn)裝置)．

圖3 第2類實(shí)驗(yàn)改進(jìn)圖

彈簧測(cè)力計(jì)一端固定,另一端連接物塊,水平拉動(dòng)物塊下方的長(zhǎng)木板．第2類改進(jìn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)如圖3所示．在第1類改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,用一個(gè)定滑輪將原本水平放置的彈簧測(cè)力計(jì)豎直懸掛．[1]第1類改進(jìn)化動(dòng)為靜,把要求拉物塊勻速直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成拉木板運(yùn)動(dòng),此時(shí)物塊相對(duì)彈簧測(cè)力計(jì)靜止,讀數(shù)更準(zhǔn)確．但彈簧測(cè)力計(jì)水平放置違背彈簧測(cè)力計(jì)的設(shè)計(jì)原理,在調(diào)零和讀數(shù)上會(huì)帶來不可忽視的誤差．第2類改進(jìn)實(shí)驗(yàn)引入滑輪將彈簧測(cè)力計(jì)豎直放置,又引入滑輪產(chǎn)生新的系統(tǒng)誤差,且這些實(shí)驗(yàn)都在水平方向進(jìn)行,重力一直都是學(xué)生在認(rèn)識(shí)摩擦力時(shí)形成迷思概念的一個(gè)重要因素．

2 自制摩擦力探究實(shí)驗(yàn)裝置

2.1 實(shí)驗(yàn)裝置的主要結(jié)構(gòu)

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)如圖4所示,左邊是玻璃自制主體架(豎直放置的長(zhǎng)方體)．前后兩面粘貼玻璃條,制成等間距玻璃滑槽,兩相同待測(cè)材料板插入滑槽內(nèi)(兩材料板之間距離可調(diào),俯視圖見圖5),待測(cè)材料之間放置泡沫板自制長(zhǎng)方體物塊M(物塊各面可粘貼不同待測(cè)材料),實(shí)驗(yàn)過程中長(zhǎng)方體物塊和待測(cè)材料緊密接觸．[2]最右端插入一擋板,擋板中心固定一剛性好且恰好自然伸長(zhǎng)的彈簧．擋板每向左移動(dòng)一格,彈簧伸長(zhǎng)量發(fā)生相應(yīng)變化,彈簧產(chǎn)生的彈力大小用刻度板標(biāo)在彈簧后面的玻璃板上．玻璃裝置正上方懸掛一定滑輪,彈簧測(cè)力計(jì)下端細(xì)線與長(zhǎng)方體物塊相連,上端細(xì)線跨過定滑輪與裝置右端水平地面上固定的定滑輪相連,在滑輪上連接一個(gè)手柄,通過勻速轉(zhuǎn)動(dòng)手柄,滑輪將繩子卷起來拉動(dòng)物塊勻速上升．

圖4 實(shí)驗(yàn)裝置圖

圖5 裝置俯視圖

2.2 自制實(shí)驗(yàn)裝置在實(shí)際教學(xué)中的探究過程

(1) 將物塊M放入裝置中,選擇合適的插槽插入兩待測(cè)材料板,使物塊與兩材料板沒有擠壓,用細(xì)線連接彈簧測(cè)力計(jì)和物塊,讀出物塊所受重力G．

(2) 將帶彈簧的擋板內(nèi)推一格,緩慢搖動(dòng)手柄,彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)逐漸增大(大于重力),增大到某一個(gè)值時(shí)物塊突然開始滑動(dòng),記錄這一值．說明物塊受靜摩擦力,靜摩擦力隨拉力增大而增大,且靜摩擦力有范圍0

(3) 保持擋板和右材料板位置不變(正壓力不變),改變物塊放置方向(物塊與材料板的接觸面積改變),適當(dāng)調(diào)節(jié)左材料板的位置．緩慢搖動(dòng)手柄,探究滑動(dòng)摩擦力與接觸面積大小是否有關(guān)．

(4) 保持物塊放置方向不變(接觸面積不變),依次內(nèi)推擋板(正壓力從0開始均勻變化),緩慢搖動(dòng)手柄,探究滑動(dòng)摩擦力和正壓力的關(guān)系．

(5) 在物塊兩側(cè)貼上不同粗糙程度的材料,探究滑動(dòng)摩擦力和接觸面粗糙程度的關(guān)系．

(6) 改變搖動(dòng)手柄的速度,探究滑動(dòng)摩擦力與物體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度是否有關(guān)．

3 自制實(shí)驗(yàn)裝置和常規(guī)實(shí)驗(yàn)裝置比較

表1 常規(guī)實(shí)驗(yàn)裝置與自制實(shí)驗(yàn)裝置比較

本實(shí)驗(yàn)裝置具備常規(guī)摩擦力探究實(shí)驗(yàn)的功能,可操作性更強(qiáng)．讓物塊在豎直方向運(yùn)動(dòng)這一新思想的運(yùn)用,巧妙地使重力不再是產(chǎn)生摩擦力的正壓力,消除學(xué)生認(rèn)為物體越重所受摩擦力越大的認(rèn)識(shí)誤區(qū)，為學(xué)生清晰地認(rèn)識(shí)摩擦力提供了很好的思路．

1 李參軍,黃平安. 對(duì)探究影響摩擦力大小因素實(shí)驗(yàn)的分析及改進(jìn)[J]. 物理實(shí)驗(yàn),2014,21(11):17-18.

2 陳芳,徐慶,拾景忠. 靜摩擦力實(shí)驗(yàn)探究[J]. 物理實(shí)驗(yàn),2016,4(12):39-41.

3 劉曉濺. 自制“摩擦力演示儀” 輕松化解教學(xué)難題[J]. 物理教師,2013,15(08):45-47.

4 李燕妙,吳先球. 多功能摩擦力演示儀[J]. 物理實(shí)驗(yàn),2015,12(08):18-20.

5 章強(qiáng),龐惠華. “摩擦力”實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的改進(jìn)[J]. 物理教師,2012,32(11):39-42.

2017-04-12)