“探究影響摩擦力因素實(shí)驗(yàn)”的改進(jìn)方案

曹開錚

銅山縣教育局教研室，江蘇省銅山縣221116

摘要：探究影響摩擦力的因素是力學(xué)教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，本文探討了控制實(shí)驗(yàn)的操作技巧和獲取數(shù)據(jù)的方法。

關(guān)鍵詞：探究；摩擦力；實(shí)驗(yàn)；改進(jìn)

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-6148(2009)3(S)-0061-2お

“探究影響摩擦力因素實(shí)驗(yàn)”是高中物理課標(biāo)教材的基本實(shí)驗(yàn)之一，本實(shí)驗(yàn)?zāi)茏寣W(xué)生親身感受摩擦力的特點(diǎn)，掌握測(cè)定動(dòng)摩擦因數(shù)的方法。由于本實(shí)驗(yàn)具有定量的特點(diǎn)，不僅能給學(xué)生留下深刻的印象，更能幫助學(xué)生突破摩擦力概念抽象、難理解這一難點(diǎn)。然而，在實(shí)際的教學(xué)中，操作起來非常困難：一是按照現(xiàn)行教材的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行操作(圖1甲)，當(dāng)物體A開始運(yùn)動(dòng)的瞬間，彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)變化（由最大靜摩擦力變?yōu)榛瑒?dòng)摩擦力）所經(jīng)歷的時(shí)間極短，難以讀出最大摩擦力的數(shù)值；二是在物體A沿木板B上表面滑動(dòng)的過程中，由于彈簧測(cè)力計(jì)處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，讀取彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)也很困難?；谶@兩點(diǎn)，有的把該實(shí)驗(yàn)改裝成如圖1乙所示的方式，確實(shí)解決了彈簧測(cè)力計(jì)在運(yùn)動(dòng)過程中讀數(shù)難的問題，但要拉動(dòng)木板B勻速運(yùn)動(dòng)也非常困難，這就難以說明物體之間的滑動(dòng)摩擦力與物體的運(yùn)動(dòng)速度、運(yùn)動(dòng)性質(zhì)無關(guān)這一結(jié)論。為了克服上述缺點(diǎn)，我縣教師經(jīng)過認(rèn)真思考和實(shí)驗(yàn)探究，摸索出了一套行之有效的改進(jìn)方案。現(xiàn)簡述如下：おお

1 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方案

1.1 實(shí)驗(yàn)器材與裝置

1.1.1實(shí)驗(yàn)器材 示教用彈簧測(cè)力計(jì)、表面光滑度均勻的長木板、上面帶槽的方木塊、滑輪、輪軸各一個(gè)，長毛巾和白布各一條，支架一個(gè)，砝碼和細(xì)線若干。

1.1.2實(shí)驗(yàn)裝置和原理（圖2）お

1.2 實(shí)驗(yàn)操作步驟

1.2.1靜摩擦力的特點(diǎn)探究

手持輪軸D的把手，并用力試圖轉(zhuǎn)動(dòng)把手，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)把手的力從零逐漸增大的過程中，學(xué)生會(huì)觀察到彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)隨著逐漸增大，當(dāng)示數(shù)增大到某一數(shù)值時(shí)，木塊開始滑動(dòng)，彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)由最大值突然變小到某一數(shù)值；在方木塊A的槽內(nèi)放上質(zhì)量不等的砝碼，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，學(xué)生會(huì)觀察到彈簧測(cè)力計(jì)的最大示數(shù)變大；把長毛巾和白布分別固定在長木板的上表面，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟，學(xué)生會(huì)觀察到彈簧測(cè)力計(jì)的最大示數(shù)也變大。

結(jié)論 靜摩擦力的大小有個(gè)范圍(0≤F≤F﹎ax )，最大靜摩擦力與正壓力成正比，還與接觸面的材料、粗糙程度有關(guān)。

1.2.2滑動(dòng)摩擦力的特點(diǎn)探究

用力轉(zhuǎn)動(dòng)輪軸的把手，使木板以較小的速度勻速運(yùn)動(dòng)，學(xué)生會(huì)觀察到彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)保持某一數(shù)值不變；快速轉(zhuǎn)動(dòng)輪軸的把手，使木板以較大的速度勻速運(yùn)動(dòng)，學(xué)生會(huì)觀察到彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)與木板以較小的速度勻速運(yùn)動(dòng)相同；用力轉(zhuǎn)動(dòng)輪軸的把手，使木板加速運(yùn)動(dòng)，學(xué)生會(huì)觀察到彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)與勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)相同；再忽快忽慢地轉(zhuǎn)動(dòng)輪軸的把手，使木板做變速運(yùn)動(dòng)，學(xué)生會(huì)觀察到彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)還與勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)相同；在方木塊A的槽內(nèi)放上質(zhì)量不等的砝碼，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，學(xué)生會(huì)觀察到彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)變大；把長毛巾和白布分別固定在長木板的上表面上，轉(zhuǎn)動(dòng)輪軸的把手，使木板運(yùn)動(dòng)，學(xué)生會(huì)觀察到彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)比不加長毛巾和白布時(shí)要大。

結(jié)論 滑動(dòng)摩擦力的大小與正壓力成正比，還與接觸面的材料、粗糙程度有關(guān)，但與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無關(guān)。

1.2.3動(dòng)摩擦因數(shù)的測(cè)定

用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)出木塊的重力，利用圖2裝置測(cè)出木塊與長木板(或其它物體)之間的滑動(dòng)摩擦力，利用公式μ=F璑F=GF便可測(cè)出兩物體之間的的動(dòng)摩擦因數(shù)。

2 實(shí)驗(yàn)方案改進(jìn)的可行性分析和友情提醒

⑴本實(shí)驗(yàn)所用的彈簧測(cè)力計(jì)、滑輪、方木塊、輪軸等儀器，是中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)常用的器材，容易配置，只要再做一個(gè)支架就能輕松完成本實(shí)驗(yàn)。

⑵由于驅(qū)動(dòng)長木板運(yùn)動(dòng)的外力是通過輪軸施加的，轉(zhuǎn)動(dòng)輪軸時(shí)人手活動(dòng)的范圍小、易于操作，調(diào)節(jié)和控制木板的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)成為可能。教師在課前只要訓(xùn)練3～5次，就能保證實(shí)驗(yàn)的成功。

⑶長木板可以選用實(shí)驗(yàn)中已有的一端帶滑輪的木板。但由于它的長度有限，拉動(dòng)的時(shí)間太短，不便于觀察讀數(shù)?？勺鲆粋€(gè)長度約為1.5m，寬為20cm左右的木板，更便于實(shí)驗(yàn)的觀察。

⑷連接輪軸與長木板的細(xì)線長度要適當(dāng)，要最大限度的擴(kuò)大木板運(yùn)動(dòng)的距離。

⑸為了便于學(xué)生讀取彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)，一是要把彈簧測(cè)力計(jì)固定在支架上，以免晃動(dòng)；二是要選用示教彈簧測(cè)力計(jì)，增大實(shí)驗(yàn)的可見度。

參考文獻(xiàn)：

［1］張大昌.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書,物理1 (必修).人民教育出版社,2008.7：58

［2］廖伯琴.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書,物理1(必修).山東科學(xué)技術(shù)出版社,2008.7：75

(欄目編輯王柏廬)