“探究影响摩擦力因素实验”的改进方案

曹开铮

铜山县教育局教研室，江苏省铜山县221116

摘要：探究影响摩擦力的因素是力学教学的重点和难点，本文探讨了控制实验的操作技巧和获取数据的方法。

关键词：探究；摩擦力；实验；改进

中图分类号：G633.7 文献标识码：A文章编号：1003-6148(2009)3(S)-0061-2お

“探究影响摩擦力因素实验”是高中物理课标教材的基本实验之一，本实验能让学生亲身感受摩擦力的特点，掌握测定动摩擦因数的方法。由于本实验具有定量的特点，不仅能给学生留下深刻的印象，更能帮助学生突破摩擦力概念抽象、难理解这一难点。然而，在实际的教学中，操作起来非常困难：一是按照现行教材的设计方案进行操作(图1甲)，当物体A开始运动的瞬间，弹簧测力计的示数变化（由最大静摩擦力变为滑动摩擦力）所经历的时间极短，难以读出最大摩擦力的数值；二是在物体A沿木板B上表面滑动的过程中，由于弹簧测力计处于运动状态，读取弹簧测力计的示数也很困难。基于这两点，有的把该实验改装成如图1乙所示的方式，确实解决了弹簧测力计在运动过程中读数难的问题，但要拉动木板B匀速运动也非常困难，这就难以说明物体之间的滑动摩擦力与物体的运动速度、运动性质无关这一结论。为了克服上述缺点，我县教师经过认真思考和实验探究，摸索出了一套行之有效的改进方案。现简述如下：おお

1 实验改进方案

1.1 实验器材与装置

1.1.1实验器材 示教用弹簧测力计、表面光滑度均匀的长木板、上面带槽的方木块、滑轮、轮轴各一个，长毛巾和白布各一条，支架一个，砝码和细线若干。

1.1.2实验装置和原理（图2）お

1.2 实验操作步骤

1.2.1静摩擦力的特点探究

手持轮轴D的把手，并用力试图转动把手，当转动把手的力从零逐渐增大的过程中，学生会观察到弹簧测力计的示数随着逐渐增大，当示数增大到某一数值时，木块开始滑动，弹簧测力计的示数由最大值突然变小到某一数值；在方木块A的槽内放上质量不等的砝码，重复上述实验，学生会观察到弹簧测力计的最大示数变大；把长毛巾和白布分别固定在长木板的上表面，重复上述实验步骤，学生会观察到弹簧测力计的最大示数也变大。

结论 静摩擦力的大小有个范围(0≤F≤F﹎ax )，最大静摩擦力与正压力成正比，还与接触面的材料、粗糙程度有关。

1.2.2滑动摩擦力的特点探究

用力转动轮轴的把手，使木板以较小的速度匀速运动，学生会观察到弹簧测力计的示数保持某一数值不变；快速转动轮轴的把手，使木板以较大的速度匀速运动，学生会观察到弹簧测力计的示数与木板以较小的速度匀速运动相同；用力转动轮轴的把手，使木板加速运动，学生会观察到弹簧测力计的示数与匀速运动时相同；再忽快忽慢地转动轮轴的把手，使木板做变速运动，学生会观察到弹簧测力计的示数还与匀速运动时相同；在方木块A的槽内放上质量不等的砝码，重复上述实验，学生会观察到弹簧测力计的示数变大；把长毛巾和白布分别固定在长木板的上表面上，转动轮轴的把手，使木板运动，学生会观察到弹簧测力计的示数比不加长毛巾和白布时要大。

结论 滑动摩擦力的大小与正压力成正比，还与接触面的材料、粗糙程度有关，但与物体的运动状态无关。

1.2.3动摩擦因数的测定

用弹簧测力计测出木块的重力，利用图2装置测出木块与长木板(或其它物体)之间的滑动摩擦力，利用公式μ=F璑F=GF便可测出两物体之间的的动摩擦因数。

2 实验方案改进的可行性分析和友情提醒

⑴本实验所用的弹簧测力计、滑轮、方木块、轮轴等仪器，是中学物理实验常用的器材，容易配置，只要再做一个支架就能轻松完成本实验。

⑵由于驱动长木板运动的外力是通过轮轴施加的，转动轮轴时人手活动的范围小、易于操作，调节和控制木板的运动状态成为可能。教师在课前只要训练3～5次，就能保证实验的成功。

⑶长木板可以选用实验中已有的一端带滑轮的木板。但由于它的长度有限，拉动的时间太短，不便于观察读数。可做一个长度约为1.5m，宽为20cm左右的木板，更便于实验的观察。

⑷连接轮轴与长木板的细线长度要适当，要最大限度的扩大木板运动的距离。

⑸为了便于学生读取弹簧测力计的示数，一是要把弹簧测力计固定在支架上，以免晃动；二是要选用示教弹簧测力计，增大实验的可见度。

参考文献：

［1］张大昌.普通高中课程标准实验教科书,物理1 (必修).人民教育出版社,2008.7：58

［2］廖伯琴.普通高中课程标准实验教科书,物理1(必修).山东科学技术出版社,2008.7：75

(栏目编辑王柏庐)