滑动摩擦力方向演示器

申进会 陈宝甫

(大城县第一中学 河北 大城 065900)

滑动摩擦力是高中教学的重点，滑动摩擦力方向是学生学习中的难点.由于学生头脑中物理情景的匮乏，以及受前置认知结构的影响，学生常把“滑动摩擦力方向跟物体相对运动的方向相反”的表述错误的记成(或理解成)：滑动摩擦力方向跟物体的运动方向相反.鉴于此，我们自行制作了滑动摩擦力方向演示器，通过实验演示，再现相应的物理情景，使学生深刻认识了滑动摩擦力方向遵循的规律.

1 演示器结构

如图1所示，1为10 cm×8 cm×0.7 cm玻璃砖1块，长约7 cm毛线4根一端固定在玻璃砖底面；2为40 cm×30 cm木板1块，上面用图钉固定毛巾，右端固定一小滑轮；3为支架箱和驱动轮轴1套，金属导轨杆1根；长约60 cm细绳1根.

图1

2 演示原理

玻璃砖相对木板运动时，用毛线的平行指向表示玻璃砖受到的滑动摩擦力方向.

3 操作演示

实验一：让木板静止不动，拉动玻璃砖，观察毛线的平行指向.得出玻璃砖受到的滑动摩擦力方向与其运动方向相反.

实验二： 细绳一端系于玻璃砖上，另一端系在支架箱左端，转动轮轴驱动着木板向右运动，玻璃砖静止不动，毛线平行指向右侧.得出静止的玻璃砖也可受滑动摩擦力.

实验三：细绳一端系于玻璃砖上，绕过木板右端的小滑轮，另一端系在支架箱左端，转动轮轴驱动着木板向右运动，观察到玻璃砖也向右运动，且玻璃砖比木板运动得快，毛线平行指向左侧.

实验四：细绳一端系于木板左端，绕过玻璃砖上的滑轮，另一端系在支架箱左端，转动轮轴驱动着木板向右运动，观察到玻璃砖也向右运动，且玻璃砖比木板运动得慢，毛线平行指向右侧.得出玻璃砖受到的滑动摩擦力方向与玻璃砖的运动方向相同.

图2

实验五：细绳一端系于玻璃砖上，穿过限位孔，另一端缠绕并固定在轮轴的轮上，转动轮轴驱动着木板向右运动，同时玻璃砖在细绳的作用下，沿着金属导轨杆向y坐标轴正向运动，观察到毛线平行指向右偏y坐标轴负向，如图2所示.得出玻璃砖受到的滑动摩擦力方向与玻璃砖的运动方向不在同一直线上.

4 分析与结论

物体受到的滑动摩擦力方向有可能与其运动方向相反，也可与其运动方向相同，还可与其运动方向不在同一直线上，静止的物体也可受到滑动摩擦力.因此，滑动摩擦力方向与物体的运动方向无关，而与物体的相对运动方向相反，即玻璃砖受到的滑动摩擦力方向，与玻璃砖在木板上留下划痕的方向相反，把毛巾换成细沙可验证此结论.