初中物理摩擦力实验的改进

王玉兰

摘  要：物理是一门以观察和实验为基础的自然学科，物理实验是中学阶段培养学生科学实验能力、创新能力的主要手段，也是培养学生科学探究能力的重要平台，本文将初中物理教材中《影响滑动摩擦力大小的因素》实验设备和方法进行了改进，较好的解决了该试验传统做法中的两个最大问题。

關键词：物理实验;滑动摩擦力;改进

物理实验在中学物理教学中扮演着重要角色，它既是教学的内容，又是教学的方法与手段。物理实验中所呈现的物理思想、方法，对学生形成正确价值观、世界观和科学素养，促进学生正确理解物理概念、规律和方法，对激发学生对自然科学的热爱有积极作用。但是目前中学物理实验教学现状并不乐观，普遍存在的问题是：实验器材落后、实验教学方法陈旧、利用课件代替实验操作，甚至是在黑板上讲实验等。改革中学物理实验教学、更新实验器材、改进实验教学方法，都是当前一线中学物理教师应思考的问题。在本文中笔者将《影响滑动摩擦力大小的因素》实验进行了改进，克服了传统实验中存在的缺点，现介绍如下：

1.教材分析

《影响滑动摩擦力大小的因素》是初中物理教科版八年级下，第七章第五节的内容，是在学生学习完力的基本概念、力的描述及测量之后的延伸，既是力学基础知识的升华，也为以后用试验的方法探究力学问题打好了基础。本节课的重点内容是通过实验探究影响滑动摩擦力大小的因素，该实验是控制变量法的又一次应用，凸显了科学方法在物理研究中的重要作用，同时，在实验过程中也锻炼了学生独立思考、分析归纳的能力，更为后续压强、液体压强和浮力等知识的学习打好了基础。

2实验改进

该实验的传统做法是通过转换法将弹簧测力计对物体的拉力大小，转换为物体所受到的滑动摩擦力大小，所以需要用弹簧测力计拉动木块做匀速直线运动，而学生在拉动弹簧测力计时不能很好的控制物体的运动状态，严重影响实验数据的测量和实验结果;其次，读数时由于弹簧测力计是运动的，所以学生的视线要随着测力计一起移动，不便于弹簧测力计示数的读取。以上两点都会导致实验过程中出现较大的误差，既影响实验结论的总结归纳，也不利于学生的科学精神及科学态度的培养。所以笔者从两个方面对该实验做了改进。

实验器材：长方体木块、棉布、纱布、摩擦力演示器、圆盘测力计、定滑轮、力学传感器、电脑。

改进一：使用摩擦力演示器带动木块匀速运动。摩擦力演示器（或利用废旧电动机自制）的使用，不仅能使木块做匀速直线运动，而且通过转速的调节，实现了对滑动摩擦力大小与物体运动速度关系的探究。用圆盘测力计（即演示弹簧测力计）代替弹簧测力计，使实验过程中的读数更加简单、直观、准确，减小了由于读数时指针不稳定带来的误差，更加适合教师做演示实验。实验过程中，首先将木块放在摩擦力演示器上，再用一根细线通过一个定滑轮连接木块和圆盘测力计（注意定滑轮的使用）（如图1），打开开关，当传送带匀速转动时，木块在水平方向会受到皮带施加的滑动摩擦力及细线的拉力作用，而木块相对于传送带做匀速直线运动，所以木块所受滑动摩擦力大小就等于细线对物体的拉力大小。这样，通过读取圆盘测力计示数就可以知道此时木块所受的滑动摩擦力大小。在探究滑动摩擦力大小与接触面粗糙程度的关系时，将木块的不同侧面包裹不同材料，如棉布、纱布等，翻动木块改变接触面的粗糙程度会得到不同的数据。本改进措施可以使木块尽可能的做匀速直线运动，从而使实验误差最小化，在教师演示时，也更方便学生观察。

改进二：使用力学传感器代替圆盘测力计。针对改进一中，圆盘测力计指针会有微小晃动的情况，笔者又将圆盘测力计改为力学传感器（如图2），实验过程中，只需要用细线连接传感器探头，传感器将得到的数据以图表的形式通过电脑直接显示在大屏幕上。由于传送带不是很稳定，所以使摩擦力图形并不是完美的直线，会有轻微的上下抖动，这个问题可以通过调节传感器灵敏程度进行改善，但为了学生看到最直观的实验结果，建议不作调整。

摩擦力方向的判定和大小的测定是学生学习中的难点，教学中做好演示实验是必不可少的。下面两个演示实验，供老师们教学中参考：

1.如图3所示，加了一个砝码的长毛刷静止在桌面上，长毛刷处于直立状态，在长毛刷上施加水平向右的外力时，毛刷发生形变，从形变的情况可以形象地确定毛刷受到的摩擦力的方向向左，把加了一个砝码的长毛刷放在斜面上，长毛刷处于静止状态，从毛刷形变的情况可以形象地确定毛刷受到的摩擦力的方向沿斜面方向向上。

2.如图4所示，将圆盘测力计固定在铁架台上，其挂钩通过细绳和木块相连，木块下面压着较长的纸条，缓慢的拉动纸条时，可以看到木块随纸条一起移动，此过程拉力逐渐增大，测力计的示数也逐渐增大，直到测力计的示数增大到某一数值后，木块才相对纸条有移动，这一实验可说明两物体处于相对静止状态时，木块受到的静摩擦力随拉力增大而增大，而且有个最大值。图1图2木块在纸条上滑动后，继续拉动纸条.测力计指针将稳定地处于某一位置，其示数即是滑动摩擦力的大小，将木块的侧面压在纸条上，测力计示数不变，表明滑动摩擦力大小与接触面积无关。改变木块与纸条接触面的材料，测力计示数不同，表明滑动摩擦力大小与接触面性质有关，在木块上放置与木块重量相等的砝码，使木块对纸条的压力加倍，测力计示数亦加倍，表明滑动摩擦力大小与正压力成正比。

3结语

通过以上两种改进措施，可以较好的解决传统试验中的两个最大问题：木块做匀速直线运动和弹簧测力计的计数。电动机的使用可以使木块尽可能的做匀速直线运动，有效的减小了误差，使实验结果更加准确;而力学传感器的应用，使实验数据更加直观的呈现给学生，方便学生得到结论。在其他实验课程中，教师都应根据现有条件，尽可能的优化实验设计，更新实验器材，以弥补传统实验的不足。

参考文献

[1]  王向红. 对初中物理几个实验改进的思考[J]. 学周刊，2017，20（20）：78-79.

[2]  邓德武. 探究摩擦力大小实验的改进[J]. 中小学实验与装备，2017，27（3）：43-43.