自制摩擦力演示儀及實驗操作

王連文

摘 要：摩擦力是高中物理的一個重要的知識點，在教學中，主動輪與從動輪所受摩擦力的方向問題的判斷，始終是一個難點。自制摩擦力演示儀，該演示儀通過毛刷的運動方向演示主動輪與從動輪所受摩擦力的方向。該演示儀制作簡單、操作方便、效果直觀，在教學過程中使用便于學生學習理解摩擦力的受力方向。

關鍵詞：摩擦力;演示儀;實驗操作;主動輪;從動輪

1.引言

摩擦是一種常見的現象，當兩個相互接觸的物體，發生相對運動或具有相對運動的趨勢時，就會在接觸面上產生阻礙相對運動或相對運動趨勢的力，這種力叫做摩擦力。摩擦力分為滑動摩擦力、靜摩擦力、滾動摩擦力。滑動摩擦力的方向總是沿著接觸面，并且跟物體的相對運動的方向相反。滑動摩擦力是阻礙相互接觸的物體間相對運動的力，不都是阻礙物體運動的力。即摩擦力不一定是阻力，它也可能成為使物體運動的動力，要清楚阻礙“相對運動”是以相互接觸的物體作為參照物的。“物體運動”可能是以其它物體作參照物的。如：生活中，傳送帶把貨物從低處送到高處，就是靠傳送帶對貨物斜向上的摩擦力實現的。摩擦力與相互摩擦的物體有關，摩擦力無處不在，例如沒有摩擦力的話鞋帶無法系緊，螺絲釘和釘子無法固定物體。摩擦力概念學生很容易理解，同時正常情況下摩擦力的方向不難辨別，但是在教學中，主動輪與從動輪所受摩擦力的方向問題的判斷，對學生來說始終是一個難點。為了解決這個問題，我設計了“摩擦力演示儀”，應用傳送帶的帶動及兩個毛刷刷毛在傳送帶運動過程中傾斜的方向，通過演示儀形象的展現主動輪與從動輪所受摩擦力的方向，學生直觀的感受摩擦力的方向，將理論與實踐結合，便于學生的理解和掌握。

2.實驗器材

長方形木塊1個（20cm），長方形木板（50cm）1個，小型傳送帶1個（5cm*40cm），軸承兩個（10C內徑），搖把1個（與軸承配套），毛刷兩個，木板條兩個，鋼板一個（65CM），條形鋼板2個（10cm）。結構圖如下。

3.實驗原理

本演示儀通過結構如上圖，A毛刷與傳送帶接觸，B毛刷與木塊接觸，兩個毛刷連接為一體，傳送帶通過摩擦力帶動A毛刷運動，A毛刷又帶動B毛刷運動，B毛刷運動后產生與木塊的擦力。A毛刷所受摩擦力與傳送帶轉動方向一致，而與B所受的摩擦力方向相反。

4.實驗裝置制作方法

將打印機廢舊滾輪切開制作軸承，量取皮帶，將皮帶與軸承相連，安裝搖把，制作傳送帶;取20cm長的長方形木塊，安裝長條形擋板，將鋼板用長條形木板固定在木塊上，并將固定在條形木板的毛刷應用長條形鋼板加固在鋼板上。

5.實驗步驟及結果

1）按圖1所示，長毛刷A、B刷毛在一個水平面上，刷毛與平面充分接觸，把儀器安裝好。

2）搖動搖把，帶動皮帶傳送帶如圖2所示轉動，觀察長毛刷A、B刷毛的傾斜的方向。由實驗觀察，毛刷A向左傾斜，其所受摩擦力方向與傳送帶轉動方向一致，而觀察毛刷B向右傾斜，可見其所受摩擦力方向與毛刷A的摩擦力方向相反。

3）搖動搖把，讓皮帶傳送帶如圖3所示轉動，通過實際操作再觀察長毛刷A、B刷毛的傾斜的方向。毛刷A向右傾斜，其所受摩擦力方向與傳送帶轉動方向一致，毛刷B向左傾斜，其所受摩擦力方向與毛刷A的摩擦力方向相反。

4）觀察皮帶傳送的兩種現象并記錄，填寫實驗報告，整理好儀器。

6.注意事項

1）長毛刷A、B刷毛所在平面應水平，并且長毛刷A、B刷毛與平面充分接觸。

2）要讓長毛刷A、B刷毛和皮帶傳送機的皮帶在一條直線上。

3）實驗時應先放長毛刷，后讓皮帶傳送機轉動。

4）傳送帶長期使用易松弛，為延長其使用壽命，轉動軸承不可用力過大，轉動過快，防止皮帶松弛、受損。

7.討論

1）當搖把帶著傳送帶轉動時，長毛刷A所受的摩擦力是使長毛刷A運動的動力。與此同時，長毛刷A帶動長毛刷B運動，因此長毛刷B受到了木板的摩擦力，此摩擦力是阻力。所以，長毛刷A相當于主動輪，而長毛刷B相當于從動輪。

2）毛刷放置是本實驗的重點，如果毛刷不與平面接觸，毛刷也沒有收到摩擦力的作用。所以也要求皮帶平面與木板平面水平，保證毛刷受力均勻，便于實驗現象的觀察。

3）本摩擦力演示儀的制作過程中，通過廢物利用節省資源，利用打印機廢棄的滾輪制作軸承，其他的木板、鋼板等材料也是材料公司的邊角材料，所以本摩擦力演示儀所用材料價格低廉，制作簡單，操作方便。學生直觀的感受摩擦力方向的變化，使抽象知識形象化，課上反響很好，適宜物理教學使用。

4）通過自制物理實驗教具補充摩擦力實驗動態分析的不足，自制教具制作是物理教師教學改革的重點，特別是針對抽象、學生理解難度的知識點，通過教具的演示，將難點簡化，增加學生的學習物理興趣，利于物理理論課的學習掌握。