探究摩擦力与哪些因素有关

摘要：在日常生活中，人们对摩擦力这种现象并不陌生。由于摩擦力与人的生活息息相关，所以有关摩擦力的研究和探索也一直进行着。

关键词：摩擦力;物理教学;控制变量

在学习摩擦力时，有些同学提出如下的猜想：摩擦力可能與接触面的粗糙程度有关;摩擦力可能与物体的运动情况有关。

（1）请你再提出两个有意义的猜想。

（2）某同学在探究滑动摩擦力与哪些因素有关的实验时，用弹簧测力计匀速拉动木块，使木块沿水平长木板滑动，从而测出木块和长木板之间的摩擦力;在木块上加放砝码，并改变木块上砝码的数量，从而改变木块和长木板之间的压力;把棉布、毛巾等铺在长木板上，从而改变接触面的粗糙程度。他们把实验结果记录在下边中：

根据表格中的实验数据，能得出那些结论？

（3）要验证“在相同条件下，滚动摩擦力远小于滑动摩擦力”这一结论，请你设计一个实验，来说明这一结论的正确性。

分析：（1）影响摩擦力的因素不止一个，如：摩擦力可能与物体运动速度有关;摩擦力可能与接触面的压力有关;摩擦力可能与物体运动方向有关;摩擦力可能与接触面大小有关等等。只要提出的猜想合理即可。但是提出的猜想不一定时正确的，猜想正确与否要通过实验来验证。

（2）分析处理实验数据，要注意实验方法。由于摩擦力的大小与许多因素有关，研究时要采用“控制变量”的研究方法。从表1中可以看出，3次实验中压力均为5N，但是接触面各不相同，这是保持压力不变的条件下研究摩擦力与接触面粗糙程度之间的关系。从表2中可以看出，三次实验中接触面都是木块和木板，但是压力各不相同，这是在保持接触面粗糙程度不变的情况下研究摩擦力与压力之间的关系。从表中数据可以得出的结论是：①摩擦力的大小与接触面的粗糙程度有关，当压力一定时，接触面越粗糙摩擦力越大。②摩擦力大小与压力的关系，当接触面粗糙程度一定时，压力越大摩擦力越大。

（3）题中只给出探究实验的目的，而实验方案、所用器材、实验步骤等都需要自己设计。

由于摩擦力的大小与作用在物体表面的压力大小有关，还跟接粗面的粗糙程度有关。滚动摩擦力与滑动摩擦力的区别在于物体在接触面上运动形式不同。前者为滚动，后者为滑动。显然，只有在相同条件下才能比较这两种摩擦力的大小。因此，实验时需要使用相同质量的物体，用同意弹簧测力计，还要使物体做匀速直线运动。具体设计如下：

先用弹簧测力计拉一木块在水平桌面上做匀速直线运动;再在这一木块下面放几个圆铅笔，同样用弹簧测力计拉着做匀速直线运动。发现后者弹簧测力计示数远小于前者的弹簧测力计的示数。这说明“在相同条件下，滚动摩擦力远小于滑动摩擦力”。

按照人教版教材的实验装置及步骤，该实验的原理是二力平衡。因为木块在弹簧测力计的拉力作用下做匀速直线运动，所以木块所受拉力大小等于木块所受摩擦力的大小。该实验成功的关键是让木块做匀速直线运动。而用手直接拉动弹簧测力计，很难保证木块始终做匀速直线运动。从而导致测力计示数不稳定，其次弹簧测力计一直在运动也难以精确读数，数据存在较大误差。

为了能从弹簧测力计上准确读数，实验时应让测力计保持静止，同时还要让木块和木板间发生相对运动，因此实验时可以抽动下方的长木板，让木板运动，弹簧测力计和木块静止。让测力计一端固定，另一端拉着小木块，水平抽动长木板，木块同时受测力计的拉力和木板对它的摩擦力而保持静止。改进后滑动摩擦力与长木板的运动快慢无关，所以不需要匀速拉动长木板，操作比较容易。同时弹簧测力计相对静止，示数稳定，很容易读数。

参考文献：

[1]李俊平. 探究摩擦力与哪些因素有关[J]. 试题与研究：新课程论坛， 2010（17）：1.

[2]华永平， 周侠斐. 任务目标驱动下初中物理实验型探究课的教学策略——以"探究摩擦力的大小与哪些因素有关"为例[J]. 中学物理， 2019， 37（22）：3.