探究影响滑动摩擦力大小因素的实验创新

宋 波 徐永芝

山东省淄博市张店区教师进修学校(255000) 山东省淄博市张店区第七中学(255000)

1 教材实验回顾与不足

探究影响滑动摩擦力大小因素的实验是中学物理非常重要的实验，该实验装置在各种版本教材中基本相同。用弹簧测力计匀速拉动木块，使它沿水平长木板滑动，从而测出木块与长木板之间的滑动摩擦力。在木块上增加砝码，改变木块对长木板的压力，测出此种情况下的滑动摩擦力。换用材料相同但表面较粗糙的长木板，保持木块上的砝码质量不变，测出此种情况下的滑动摩擦力大小。

根据二力平衡条件原理，实验时只有木块做匀速直线运动，弹簧测力计对木块的拉力大小才等于木块所受的摩擦力大小，这样弹簧测力计的示数便是木块所受摩擦力的大小。实验成功的关键是让木块在弹簧测力计的水平拉力作用下做匀速直线运动。但在实验过程中，不仅操作难度较大，而且实验误差也较大。弹簧测力计是按照竖直测量设计的，竖直测量易于调零，水平测量很难准确调零。如果用竖直调零的测力计测量水平力时，会使得测量结果偏小。测力计始终处于悬空状态，其自身重力对实验也会产生影响。

2 实验装置的设计制作

2.1 器材

废旧机器人电动机、调速器、高性能锂电池、皮带、钢制凹槽、定滑轮、弹簧测力计、木块、砂纸、细线、废旧木条、废旧钢板等。

2.2 制作过程

实验装置整体以木板为支架，两块木板相互垂直放置。在木板两端，固定两个直流调速电动机，为了增加两个直流电动机固定点的稳定性，在水平位置特意添加了一块长钢板。将皮带安装到电动机的轮子上，再将木块放置于皮带上。在竖板上，添加了一块小钢板，用来固定定滑轮的位置，定滑轮在凹槽里能够上下滑动，以适应放在皮带上木块的高度。测力计挂在竖板上，挂钩上的细线绕过定滑轮和木块相连。

3 实验创新点

(1)改进实验采用电动机带动皮带做匀速直线运动，根据运动的相对性，木块也做匀速直线运动。从而有效解决了原来实验中木块不能始终保持匀速直线运动的问题。

(2)弹簧测力计竖直放置，方便调零，示数稳定，误差较小，同时有效克服了其自身重力对实验的影响。定滑轮在钢制凹槽中能上下自由移动，便于控制测力计沿水平方向拉动木块。

4 应用效果

本装置可以探究影响滑动摩擦力的多个因素，具体如下。

(1)探究滑动摩擦力与压力的关系：打开调速器，调节到一定速度，使皮带做匀速直线运动，读出弹簧测力计的示数；改变放在木块上砝码的质量，测出此时滑动摩擦力的大小。

(2)探究滑动摩擦力与接触面粗糙程度的关系：取两个相同的木块，在其中一个木块的底部粘上砂纸，改变接触面的粗糙程度，分别测量滑动摩擦力的大小。

(3)探究滑动摩擦力与接触面积的关系：将一个长方体木块分别平放和侧放于皮带上，改变两者接触面积，测量两种情况下滑动摩擦力的大小。

(4)探究滑动摩擦力与物体速度的关系：通过调速器改变皮带的速度，从而改变木块的运动速度，测量不同速度时滑动摩擦力的大小。

(5)探究将滑动摩擦力改为滚动摩擦力可减小摩擦：将质量和材质相同的小车和木块分别放在皮带上，测量并比较两种情况下摩擦力的大小。