影响滑动摩擦力因素的实验探究

第３１卷总第４５９期　

２０１３年第９期（上半月）　物理教学探讨　

Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｔｅａｃｈｉｎｇ　Ｖｏ１．３１　Ｎｏ．４５９　

（Ｓ）９．２０１３．５３　

探究“滑动摩擦力大小的影响因素＂的实验改进　

闻月丰，彭松林　

靖江外国语学校，江苏靖江２１４５００　

摘要：电动机转动时更接近匀速，用电动机替代手拉动木块较为科学。另通过改变通过电动机的电流大小，还能方　便探究出滑动摩擦力的大小与速度是否有关。　关键词：实验改进；滑动摩擦力；速度；电动机　中图分类号：Ｇ６３３．７　文献标识码：Ａ　文章编号：１Ｏ０３—６１４８（２０１３）９（Ｓ）一ｏ０５３—１　

在探究“滑动摩擦力大小的影响因素”的实　

验中，课本利用如图１装置进行实验。较突出的　问题是用手在拉动弹簧测力计时难以保证木块　

做匀速直线运动，导致弹簧测力计的示数不够　稳定，数据存在较大误差：若探究滑动摩擦力的　

大小与速度是否有关，利用该装置探究存在明　

显不足。笔者尝试利用小电动机代替手拉动木块，　

通过调节电动机的转速来改变木块移动的速　度，取得了较理想的实验效果。　

图１教材上探究“滑动摩擦力大小的影响因素”的实验　器材准备：长方形木板两块，定滑轮，木块，　弹簧测力计，电动机（录音机），尼龙线，电源，开　

关，导线若干，滑动变阻器等；　

改进方法：如图２所示，将两块长方形木板　垂直放置且用自攻螺丝固定．在直角位置处安装　

定滑轮。将弹簧测力计用双面胶粘在木块上，绳　

子经定滑轮一端系在弹簧测力计的挂钩上，另一　

端固定在电动机的转轴上。电动机与电源、开关、　滑动变阻器用导线连成串联电路：　

实验要点：采用４节干电池串联供电，移动　滑动变阻器的滑片先后处于多个不同位置，提供　

大小不同的电流，让电动机以不同的速度转动：　木块在绳子的带动下将以大小不同的速度做匀　

速直线运动。分别记录多次弹簧测力计的示数：　实验评估：电动机转动时更接近匀速，改变　

转动速度可以通过改变电流的大小来实现这一　特点，利用图２装置可以实现让木块在水平面上　

实验8 探究滑动摩擦力大小与哪些因素有关

知识点一、摩擦力

1.认识：阻碍物体相对运动的力

相互接触的物体的两个面，有时用肉眼看起来很光滑，但是放到显微镜下观察，就会发现实际上像如图所示的那样是凹凸不平的。在压力的作用下，这些凹凸不平的部位会相互啮合，当两者发生相对滑动时，啮合部分就会彼此阻碍，产生阻碍作用。两个相互接触的物体，当它们做相对运动（或有相对运动趋势）时，在接触面产生一种阻碍相对运动（或相对运动趋势）的力，这种力叫做摩擦力。

2.滑动摩擦力的定义

两个相互接触的物体，当它们之间有相对滑动时，在接触面上产生一种阻碍相对运动的力，这种力叫做摩擦力。

3.摩擦力产生的条件

（1）两物体相互接触，且接触面粗糙不平；

（2）两物体之间发生相对运动或具有相对运动的趋势；

（3）两物体之间相互挤压发生弹性形变，接触面上有压力产生。

这三个条件缺一不可。

4.滑动摩擦力和静摩擦力

（1）当两个相互接触的物体发生相对运动时，在接触面上会产生滑动摩擦力；

（2）当两物体没有发生相对运动，但有相对运动趋势时，在接触面上会产生静摩擦力，如用力推箱子但未推动时，虽然箱子处于静止状态，但箱子在推理作用下已有了“要发生”相对运动的趋势，此时地面对箱子的摩擦力就是静摩擦力。

5.摩擦力的作用效果

摩擦力的作用总是阻碍物体相对运动（或相对运动趋势）。“相对运动”（ “或相对运动趋势”）是以相互接触的物体作为参照物的。

6.摩擦力的作用点 实际上，摩擦力是作用在这个物体接触面上的，但为了研究方便可以把摩擦力的作用等效到一个点上，可以把这个点等效在接触面上，也可以取在物体的重心上。

7.摩擦力的方向

（1）摩擦力的方向：总是与物体相对运动或相对运动趋势方向相反。

（2）相对运动方向的理解

“相对运动方向”不是“运动方向”。水平地面上的物体前进时，物体相对地面向前运动（相对运动方向向前），物体受到地面对它向后的摩擦力（摩擦力方向向后）；人走路时，脚向后蹬地，脚相对于地面有向后运动的趋势，地面给鞋底的摩擦力方向向前，有利于人向前运动。

CourseEducationResearch课程教育研究2018年第22期

义务教育阶段的物理课程内容设置与生活联系紧密袁充分体现了物理知识来源于生活袁从生活走向物理遥这一阶段的学生擅长形象思维袁抽象能力有限袁因此物理实验在义务教育阶段扮演着重要的角色遥另一方面袁物理知识建立在实验的基础之上袁通过实验传递物理知识才是最为有效的途径遥物理实验可以传递物理知识袁但绝不是仅仅传递知识遥物理实验过程中包含的对学生能力的培养是我们不能忽略的袁即问题意识尧探究合作的能力尧分析问题的能力尧设计实验的能力尧处理数据的能力等遥沪科版物理教科书的编排符合物理的学习规律袁介绍了许多物理探究实验遥但是一些探究实验不够严谨袁实验的设计或过程存在着不足之处遥本文将以沪科版八年级物理教科书第六章第五节摩擦力为例袁对探究实验进行适当的优化遥1.教科书中的实验安排教科书按照以下的实验操作进行探究滑动摩擦力大小的影响因素院图1图2a.如图1袁用弹簧测力计水平拉动木块在较光滑的木板上匀速滑动曰b.把图1中较光滑的木板换成一较粗糙的木板袁用弹簧测力计拉动木块在较粗糙的木板上匀速滑动曰c.把图1中较光滑的木板取走袁用弹簧测力计水平拉动木块在桌面上匀速滑动曰d.如图2中在木块上加一重物袁用弹簧测力计水平拉动木块在桌面上匀速滑动曰把每次实验的条件和弹簧测力计的示数记录在表格中遥教科书中的实验分别从接触面的粗糙程度和物体与接触面的压力两个因素去研究滑动摩擦力大小的影响因素袁而在猜想与假设时影响因素不止两个袁还有接触面的大小尧物体运动的速度尧运动方向等遥所以此实验的探究过程并不完善袁不能把猜想的几个因素都进行实验遥在实验时袁要求能够匀速拉动木块袁为了运用二力平衡的知识把木块受到的摩擦力用拉力来表示遥但是袁匀速拉动的要求较高袁不易达到遥另外袁此实验的滑动摩擦力可能会较小袁那么弹簧测力计的示数也会较小袁实验现象不明显袁不易观察遥因此袁教科书中的实验设计存在很大的不足袁本文将在此实验的基础上加以优化袁以达到更好的实验效果遥2.实验的优化措施及优点笔者就沪科版教材中此实验的不足提出几点优化措施遥图3图4图5优化措施一院如图3尧图5袁为了能够探究接触面积大小对滑动摩擦力的影响袁在选择木块时应选择长宽高均不同的长方体袁这样物体会有三个表面积不同的接触面积袁只需转动一下木块就能够进行探究遥优化措施二院如图4袁实验器材增加一块玻璃遥玻璃表面比桌面更光滑袁此实验一个比较重要的影响因素就是接触面的粗糙程度袁教科书中的实验仅用桌面和木板袁实验数据会偏少袁因此增加一块玻璃十分有必要袁而且实验器材也十分容易获取遥优化措施三院教科书中的实验袁由于滑动摩擦力不大袁弹簧测力计的示数可能会较小袁那么实验现象将不明显或者数据存在较大的误差遥因此袁笔者试图让学生自己利用橡皮筋制作一简易弹簧测力计用于测量滑动摩擦力遥简易弹簧测力计的制作也十分简单袁教科书中在本节最后的实践与总结这一栏目中就给出了一实践活动袁给出了简易弹簧测力计的制作方法遥用橡皮筋去代替弹簧袁优点就是橡皮筋的劲度系数较小袁能够把较小的滑动摩擦力测量出来遥另外袁此实验只是定性的探究滑动摩擦力大小的影响因素袁只需比较橡皮筋的伸长程度即可比较滑动摩擦力的大小遥优化措施四院如图3尧图4尧图5袁用电动机拉动木块[2]遥原实验是用手直接拉动木块袁而实验又要求匀速拉动袁直接用手是很难做到的遥用电动机拉动袁速度近似均匀袁还可以通过改变电流的大小来改变拉动的速度袁就能进一步探究速度大小对滑动摩擦力的影响遥优化措施五院本实验的重点是测量不同情况下滑动摩擦力的大小袁而不管是弹簧测力计或自制测力计测量时可能示数不大袁这样会导致误差较大袁不利于测量遥随着科技的发展和国家对教育的投入袁新一代的实验器材开始进入中学物理课堂袁其中最为代表的就是传感器遥它能较为精确的测量一些物理量遥我们可以利用传感器和计算机对此实验进行优化设计[3]遥因此袁笔者试图用力学传感器去测量本实验中的滑动摩擦力遥按照下图所示进行实验院图6笔者的优化措施与沪科版教科书中的实验原理是相同的袁不同的是不用弹簧测力计测量力的大小遥将力传感器固定在木块上面袁用尼龙绳拉动传感器袁木块也随之运动袁力传感器将受力情况输入计算机袁拉动木块时袁保持匀速直线运动遥将接触面换成木板尧玻璃板等袁并改变木块与接触面之间的压力袁进行多次实验袁绘制出F-t的图像袁当拉力基本保持不变时袁摩擦力的大小就等于拉力袁分析图像得出结论遥3.探究实验的实施建议基于此实验的优化方案袁教师在进行本节教学时可以采用以下的实验方案院探究活动院探究滑动摩擦力的大小跟哪些因素有关钥提出问题院滑动摩擦力的大小跟哪些因素有关钥猜想与假设院学生基于生活经验袁进行合理的猜想遥可能影响滑动摩擦力的因素有院(1)接触面的粗糙程度曰(2)接触面的大小曰(3)物体运动的速度曰(4)物体与接触面间的压力曰(5)物体运动的方向遥制定计划院由于实验中要比较滑动摩擦力的大小袁实验之前让学生自制弹簧测力计遥这也是教科书中的一个实践活动袁我们在进行实验探究时袁如果能够用实践活动中的作品袁可以激发学生对本实验乃至物理的学习兴趣袁另外也可以对教科书中的实践活动产生一个推动作用遥将实践活动应用于我们的物理课堂袁也能增强教师对实践活动这一栏目的认识袁有助于开探究滑动摩擦力大小影响因素的实验优化刘文彬渊安徽师范大学物理与电子信息学院安徽芜湖241002冤揖摘要铱沪科版八年级物理教科书第六章第五节摩擦力中袁探究影响滑动摩擦力大小因素的实验明显存在不足之处遥由于滑动摩擦力小于最大静摩擦力袁控制滑块做匀速运动比较困难[1]袁另外滑动摩擦力较小袁弹簧测力计的示数不明显遥本文将主要从两个方面去完善此实验的不足袁以求取得良好的实验效果遥揖关键词铱匀速拉动橡皮筋电动机力传感器揖中图分类号铱G633.7揖文献标识码铱A揖文章编号铱2095-3089渊2018冤22-0171-02科学窑自然

实验报告探究影响滑动摩擦力的大小的因素

本实验旨在探究滑动摩擦力大小与压力大小、接触面积大小、接触面粗糙程度的关系。实验器材包括木块、弹簧测力计、棉布、木板和砝码。

实验步骤如下：首先将木板放在水平桌面上，再将一个木块放在木板上，用弹簧测力计水平拉动木块做匀速直线运动，记下弹簧测力计的示数F1.然后在木块上放上一个砝码，重复上述步骤，记下弹簧测力计的示数F2.接着在木板上铺一层棉布，在将木块放在棉布上，重复上述步骤，记下弹簧测力计的示数F3.最后将木块侧放在木板上，重复上述步骤，记下弹簧测力计的示数F4.

实验结果记录在表格中，实验结论为：滑动摩擦力的大小与压力大小、接触面粗糙程度有关，与接触面积无关。具体来说，压力越大、接触面越粗糙，滑动摩擦力越大。

在实验中要注意控制变量，使木块在水平方向做匀速直线运动，原理是二力平衡。