TH—2175型摩擦力演示器的实验研究

孙洋 王林

【摘要】为了探究有关摩擦力的实验，对TH-2175型摩擦力演示器进行研究。通过摇动摇杆可以直接显示出滑块与摩擦面间的摩擦力。不仅可以直接地观察到静摩擦力、最大静摩擦力以及滑动摩擦力的大小关系，还可直观地显示出物体间摩擦力的渐变过程。并可以通过改变正压力及接触面粗糙程度等探究影响摩擦力大小的因素。

【关键词】静摩擦力 摩擦力 滑动摩擦力

【中图分类号】G633.7 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2015）14-0073-02

传统的演示实验是用弹簧测力计拉着物块做匀速直线运动，测力计示数可以显示摩擦力的数值。但在实验中测力计的示数容易变化，会忽大忽小，因此容易给读数带来一定程度的困难。[1]而TH-2175型摩擦力演示仪可以避免传统实验的弊端：弹簧测力计通过滑轮与物块相连，只要匀速转动摇柄拖动物块，就能很直观地观察到弹簧测力计的示数变化。这样做消除了不易观察、读数难、可见度差的缺点，同时也大大减少了系统误差，解决了长期以来摩擦力演示上的难点。

1 实验装置及原理

1.1实验装置

如图，TH-2175型摩擦力演示器由弹簧测力计（量程1N，最小分度值0.1N）、摇柄、底座、丝杆、摩擦块、摩擦面组成。

1.2实验原理

与传统的摩擦力演示装置不同，TH-2175型摩擦力演示器将弹簧测力计垂直固定于丝杆之上，通过滑轮与物块相连，丝杆又与右侧的摇柄相连。通过匀速转动摇柄，给物块一个水平向右的力，弹簧测力计的示数就会发生变化，通过观察记录弹簧测力计示数，在物块与摩擦面保持相对静止时，可以测得物块所受到的静摩擦力；当物块开始滑动后，可以测得物块所受到的滑动摩擦力大小。其中还有两点注意事项：

（1）丝杆行程不能小于120mm，否则会影响实验结果的准确性。

（2）物块的重量要考虑在内，会影响摩擦力大小。

2 实验步骤

（1）组装仪器：用两个螺丝钉将弹簧测力计固定在丝杆上，用白色细线将滑块、滑轮和弹簧秤连接起来。

（2）用托盘天平称出物块的质量，记录数据。

（3）将丝杆调到最右端，将物块平放在摩擦面上，使线拉直。

（4）缓慢旋转摇柄，弹簧秤随丝杆移动，对物块的拉力逐渐增大，记录弹簧秤示数增大情况示数。

（5）继续旋转摇柄，读取最大静摩擦力。

（6）继续旋转摇柄，读取滑动摩擦力大小。

（7）在摩擦块上的槽里依次放入250g、350g、450g的砝码，重复上面的实验。

（8）分别将毛巾和A4纸放在摩擦面上铺好，夹紧，进行实验记录数据。

（9）将摩擦块面积小的一面朝下，进行实验，记录数据。

3 实验数据

150g

当摩擦系數一定（物块直接放在摩擦面上），改变砝码质量，测量数据如下：

4 实验结论

对数据进行分析后可以得出结论：静摩擦力随拉力的增大而增大，但静摩擦力的增大有一个限度，其最大值数值上等于物体刚刚开始运动的拉力，这个最大值称为最大静摩擦力。滑动摩擦力小于等于最大静摩擦力。摩擦面的滑动摩擦系数

5 实验的优缺点

5.1优点

（1）该演示器集多重演示功能于一体，可以非常直观地演示摩擦力的方向，并且能够探究滑动摩擦力大小与正压力、接触面粗糙程度、运动速度、接触面积的关系，探究比较滑动摩擦与静摩擦的大小关系等，因此教学效果显著。[2]

（2）通过手摇摇柄拖动物块，弹簧秤竖直放置，方便同学更直观的观察到实验现象，比传统实验效果更好。

5.2 缺点

（1）滑轮会损耗一部分的机械能，因此实验得到的摩擦力比实际值偏小。

（2）木块在滑动过程中容易偏离直线轨道，不一定沿直线运动。

（3）手摇摇柄也并不能完全保证物块匀速运动，会产生误差。

（4）毛巾容易随着物块的滑动隆起，这会对物块的滑动起到阻碍，影响数据的准确性。

改进方法：

（1）将绳子剪短，减小机械能的损耗。

（2）可以用砂纸代替毛巾。砂纸的接触面很粗糙，并且不容易随着物块的滑动发生运动，现象会更加明显和准确。

6 结束语：

TH-2175型静摩擦力演示器将将弹簧测力计竖立，并与丝杆、滑轮进行结合，通过匀速转动摇杆增大拉力，这是本实验仪器的创新点。本实验效果直观，可以帮助学生掌握摩擦力的产生条件和影响因素。利用该演示器不仅可以探究静摩擦力和滑动摩擦力的产生及演变过程，还可以探究影响滑动摩擦力大小的多个因素，实验功能齐全。通过表格记录摩擦力，可以很好地对比最大静摩擦力和滑动摩擦力的大小关系。

参考文献：

[1]物理实验中的测量、估读与误差[J]. 中学物理教学参考.1998年05期

[2] 徐高本.学习滑动摩擦力应弄清的“四个关系”[J].数理化学习（高中版）.2010（19）