基于DISLab的数显滑动摩擦力演示仪

单海千

摘 要：从浙教版初中《科学》第二册第三章第6节中“探究影响滑动摩擦力大小的因素”的傳统实验出发，列举传统实验的不足之处，提出利用DISLab改进传统实验的方案。

关键词：滑动摩擦力；重力；压力；DISLab；实验

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2019）2-0054-2

数字化信息系统实验室（DISLab）是由传感器、数据采集器、数据分析处理软件构成的一套完整的实验辅助系统。传统的初中物理实验仪器有诸多优点，但已经很难满足信息化背景下学生发展的需要，有时还成为阻碍实验教学质量提高的瓶颈。现以“探究影响滑动摩擦力大小的因素”实验为例，谈如何利用DISLab改进传统实验。

1 教材实验装置介绍与不足

浙教版七下《科学》第三章第6节《摩擦力》采用如图1所示的实验装置探究“影响滑动摩擦力大小的因素”，用弹簧测力计水平拉动木块，使它沿长木板做匀速直线运动，利用二力平衡，弹簧测力计对木块的拉力与木块受到的滑动摩擦力大小相等。这样通过读出弹簧测力计所示的拉力，就可以得到木块与长木板之间的滑动摩擦力。该装置器材易得，原理简单。但实验过程中有两点不足：（1）实验过程中难以水平匀速拉动木块，从而导致弹簧测力计的示数不稳定，读数困难，同时在一个运动的弹簧测力计上读数误差较大。（2）学生根据经验易将压力与重力混淆，从而提出“滑动摩擦力的大小可能与物体重力有关”的猜想，而图1的实验装置无法用实验纠正学生的错误猜想。

2 数显滑动摩擦力演示仪的制作与操作

数显滑动摩擦力演示仪如图2所示。其中的物体表面压力显示器是一只普通的电子秤，只需在单价中输入9.8，即可在电子秤上直接显示物体表面的压力。为避免电子秤的其他示数对学生产生干扰，可把其他示数遮挡。拉力传感器固定在铁架台上，拉钩通过细线与木块相连，可通过电脑实时显示拉力传感器上拉钩处的拉力。定滑轮挂在铁架台上，用细线将木块和水桶相连，通过调节水量来调节木块表面的压力。当水平拉动白纸时木块相对于地面静止，所受拉力和滑动摩擦力是一对平衡力。

针对“滑动摩擦力的大小可能与物体重力有关”的猜想，可以利用图2所示的装置进行探究。步骤如下：

（1）将8K白纸放在压力显示器上，按“置零”键，使压力显示为0 N。

（2）将木块放在白纸上，再放相应的钩码使压力显示器的示数为2.5 N。水平向左拉动白纸，读出拉力传感器的示数并记录。

（3）再将另一个50 g的钩码放在木块上，此时物体的总重力为3.0 N。往水桶中加入一定量的水，使压力显示器的示数仍为2.5 N。水平向左拉动白纸，读出拉力传感器的示数并记录。

（4）再增加一个50 g的钩码，重复步骤3，记录结果，如表1所示。

通过实验学生否定了“滑动摩擦力的大小可能与物体重力有关”的猜想，得出“滑动摩擦力的大小与物体重力无关”的结论。

当然，该演示仪也能探究滑动摩擦力的大小与物体表面压力和接触面的粗糙程度的关系，此处不再赘述。

3 数显滑动摩擦力演示仪的优点

（1）该演示仪利用压力显示器实时显示物体表面压力，并可通过机械装置控制物体表面压力，从而实现“滑动摩擦力的大小可能与物体的重力有关”的探究，弥补传统实验的不足。

（2）该演示仪具备教材实验的全部功能，可操作性更强，利用拉力传感器测量拉力更精确，且在演示时可视性更强。

（3）利用真实的实验数据破解学生的质疑，纠正学生的认识误区，提高学生的科学素养。

（栏目编辑 王柏庐）