解析實(shí)驗(yàn)“影響滑動(dòng)滑動(dòng)摩擦力大小的因素”

王順山

摘要：滑動(dòng)滑動(dòng)摩擦力是初中物理力學(xué)中最重要的力之一，而“影響滑動(dòng)滑動(dòng)摩擦力大小的因素”實(shí)驗(yàn)，也是中考中必考的實(shí)驗(yàn)題目之一。該知識(shí)點(diǎn)之所以有如此重要的地位。是因?yàn)樗瓤梢钥疾斐踔形锢碇兄T多知識(shí)的綜合應(yīng)用能力，又可以對(duì)學(xué)生思維能力、解決實(shí)際問(wèn)題等能力進(jìn)行考察，從而體現(xiàn)新課標(biāo)對(duì)初中物理學(xué)習(xí)的要求。這些能力對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)物理力學(xué)有著極其重要的作用，是學(xué)生學(xué)習(xí)物理的基礎(chǔ)十分重要。下面筆者就該實(shí)驗(yàn)，作出了一些簡(jiǎn)單的總結(jié)和分析。

關(guān)鍵詞：解析;實(shí)驗(yàn);滑動(dòng)摩擦力

第一，該試驗(yàn)必須在水平臺(tái)上進(jìn)行操作（如圖一）。主要原因有兩個(gè)：原因一，只有當(dāng)物體放在水平支持面上時(shí)，物體的重力和物體對(duì)支持面的壓力之間才有相等的關(guān)系。而壓力才是影響滑動(dòng)滑動(dòng)摩擦力的因素之一，重力對(duì)滑動(dòng)滑動(dòng)摩擦力大小無(wú)影響。這樣就有利于在后面的操作中輕易做到控制壓力大小變與不變。原因二，如圖二的操作，一旦支持面傾斜就會(huì)構(gòu)成斜面。這樣在后續(xù)的操作中，拉力和滑動(dòng)摩擦力無(wú)法成為平衡力，進(jìn)而使得彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)不再能反應(yīng)滑動(dòng)摩擦力的大小，從而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗。

第二，用彈簧測(cè)力計(jì)拉木塊時(shí)必須沿水平方向拉動(dòng)，且讓木塊做勻速直線運(yùn)動(dòng)（如圖三）。這樣做。這是為了利用二力平衡的原理。根據(jù)二力平衡的知識(shí)可知：當(dāng)木塊做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，水平方向受力平衡。而木塊在水平方向上只受到了向右的拉力和木板給木塊水平向左的滑動(dòng)摩擦力，所以拉力和滑動(dòng)摩擦力二力平衡。根據(jù)二力平衡的條件可知，拉力的大小與滑動(dòng)摩擦力的大小必然相等。因此，彈簧測(cè)力計(jì)隊(duì)木塊的拉力大小就可以代表滑動(dòng)滑動(dòng)摩擦力的大小。若如圖四的方式操作，彈簧測(cè)力計(jì)的拉力將有兩個(gè)作用效果。效果一，給木塊一個(gè)向上的力。這個(gè)力會(huì)使木塊對(duì)木板的壓力減小，進(jìn)而不利于控制壓力大小在操作過(guò)程中的不變。效果二，為木塊提供一個(gè)水平向右運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力。因此這種操作方法滑動(dòng)滑動(dòng)摩擦力不等于彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗。

第三，該實(shí)驗(yàn)采用了控制變量法（如圖五）。而控制變量法是初中生必須掌握的基本方法，會(huì)用控制變量的思維思考問(wèn)題也是初中生學(xué)習(xí)物理的必備能力。這種思維方式有利于培養(yǎng)學(xué)生思考問(wèn)題的全面性，有利于讓學(xué)生在今后的學(xué)習(xí)和生活中不再片面的看待任何事情。圖五中甲乙兩幅圖的目的是為了控制壓力相同的情況下，分析接觸面粗糙程度對(duì)滑動(dòng)摩擦力大小的影響。而乙丙兩幅圖的目的是為了控制接觸面粗糙程度相同的情況下，分析壓力的大小對(duì)滑動(dòng)摩擦力的影響。而分析的主要依據(jù)是彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)是否發(fā)生變化？若彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)變化，說(shuō)明滑動(dòng)摩擦力大小受到影響，若示數(shù)不變，說(shuō)明滑動(dòng)摩擦力大小不受影響。最終，下結(jié)論時(shí)，一定要注意結(jié)論是對(duì)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)和規(guī)律性結(jié)果的簡(jiǎn)潔概括，即結(jié)論有兩個(gè)重要的組成部分缺一不可：其一，結(jié)論成立的前提或基礎(chǔ)。也就是指名當(dāng)XX不變或一定時(shí)。其二是交代清楚XX因素對(duì)研究對(duì)象的具體影響。此時(shí)可以有兩種表述形式。如研究對(duì)象與XX成正比或反比。（該實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)接觸面粗糙程度相同時(shí)，滑動(dòng)摩擦力與壓力成正比。）或者XX越大或越小，研究對(duì)象也越大或越小。（該實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)接觸面粗糙程度相同時(shí)，壓力越大，滑動(dòng)摩擦力也越大。）

第四，在教材實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上還可以探究其他因素是否對(duì)滑動(dòng)滑動(dòng)摩擦力產(chǎn)生影響。比如，可以將最后一幅圖中的木塊側(cè)放，用彈簧測(cè)力計(jì)拉木塊做勻速直線運(yùn)動(dòng)。這樣可以控制木塊木板的壓力不變，接觸面的粗糙程度不變的同時(shí)只改變了木塊與木板之間的接觸面積。最終，通過(guò)比較兩次彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)，會(huì)發(fā)現(xiàn)兩次示數(shù)相同。多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)可以證明滑動(dòng)滑動(dòng)摩擦力的大小與接觸面積的大小無(wú)關(guān)。再如。在最后一幅圖基礎(chǔ)上，還可以用兩種不同的速度拉著木塊做勻速直線運(yùn)動(dòng)。同樣通過(guò)比較彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)，可以證明滑動(dòng)滑動(dòng)摩擦力的大小與速度的快慢無(wú)關(guān)。

以上幾點(diǎn)就是教材對(duì)“影響滑動(dòng)滑動(dòng)摩擦力因素”，這一實(shí)驗(yàn)的基本要求。但是，在實(shí)際教學(xué)的過(guò)程中會(huì)發(fā)現(xiàn)按照上述的操作模式下，有兩點(diǎn)不足。首先，具體操作方面。拉著木塊做勻速直線運(yùn)動(dòng)是幾乎不可能實(shí)現(xiàn)的。實(shí)際操作時(shí)，我們都用的采取了用彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)最穩(wěn)定的情況代替木塊勻速直線運(yùn)動(dòng)。第二，誤差方面。上述操作過(guò)程中彈簧測(cè)力計(jì)一直處于運(yùn)動(dòng)中，人的視線不可能與彈簧測(cè)力計(jì)的刻度盤(pán)時(shí)刻保持垂直。故而讀數(shù)上有極大的誤差。

那么該如何改進(jìn)，才可以避免以上兩點(diǎn)不足呢？（如圖六）首先需要認(rèn)識(shí)到，滑動(dòng)是一個(gè)相對(duì)的概念。因此。既可以讓木板固定，木塊在木板上發(fā)生滑動(dòng)。這樣木塊與木板之間的摩擦力為滑動(dòng)摩擦力。又可以讓木塊固定，而讓木板發(fā)生運(yùn)動(dòng)，這樣二者之間的摩擦力仍然為滑動(dòng)摩擦力。如圖是。這樣改進(jìn)以后，人們只需要拉動(dòng)木板且完全不必做勻速拉動(dòng)。而木塊始終靜止，處于平衡狀態(tài)。它在水平方向受力平衡。因此，木塊受到水平向右的滑動(dòng)摩擦力和水平向左的彈簧測(cè)力計(jì)拉力二力平衡大小相等，彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)可以代表滑動(dòng)摩擦力的大小。這樣就避免了前面所說(shuō)的第一個(gè)不足。除外，這樣的改進(jìn)后彈簧測(cè)力計(jì)彈簧測(cè)力計(jì)始終處于靜止中，人們就可以很輕易的做到視線與刻度盤(pán)的垂直，這樣讀數(shù)的誤差就可以很大幅度的減小。進(jìn)而避免的上訴的第二點(diǎn)不足。

以上就是筆者個(gè)人對(duì)該實(shí)驗(yàn)的一些總結(jié)或看法。通過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn)，我們可以結(jié)合學(xué)生自身學(xué)習(xí)物理的特點(diǎn)加以指導(dǎo)。這樣通過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)不僅可以讓學(xué)生學(xué)會(huì)本節(jié)課的知識(shí)、復(fù)習(xí)前面的知識(shí)的同時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的思維，促進(jìn)學(xué)生思考、分析、解決問(wèn)題的能力，幫助學(xué)生得到全方位的發(fā)展和提升。

（作者單位：四川省廣元市旺蒼縣雙河初級(jí)中學(xué)校）