探究影響滑動摩擦力大小因素的實驗創(chuàng)新

宋 波 徐永芝

山東省淄博市張店區(qū)教師進修學校(255000) 山東省淄博市張店區(qū)第七中學(255000)

1 教材實驗回顧與不足

探究影響滑動摩擦力大小因素的實驗是中學物理非常重要的實驗，該實驗裝置在各種版本教材中基本相同。用彈簧測力計勻速拉動木塊，使它沿水平長木板滑動，從而測出木塊與長木板之間的滑動摩擦力。在木塊上增加砝碼，改變木塊對長木板的壓力，測出此種情況下的滑動摩擦力。換用材料相同但表面較粗糙的長木板，保持木塊上的砝碼質量不變，測出此種情況下的滑動摩擦力大小。

根據(jù)二力平衡條件原理，實驗時只有木塊做勻速直線運動，彈簧測力計對木塊的拉力大小才等于木塊所受的摩擦力大小，這樣彈簧測力計的示數(shù)便是木塊所受摩擦力的大小。實驗成功的關鍵是讓木塊在彈簧測力計的水平拉力作用下做勻速直線運動。但在實驗過程中，不僅操作難度較大，而且實驗誤差也較大。彈簧測力計是按照豎直測量設計的，豎直測量易于調零，水平測量很難準確調零。如果用豎直調零的測力計測量水平力時，會使得測量結果偏小。測力計始終處于懸空狀態(tài)，其自身重力對實驗也會產(chǎn)生影響。

2 實驗裝置的設計制作

2.1 器材

廢舊機器人電動機、調速器、高性能鋰電池、皮帶、鋼制凹槽、定滑輪、彈簧測力計、木塊、砂紙、細線、廢舊木條、廢舊鋼板等。

2.2 制作過程

實驗裝置整體以木板為支架，兩塊木板相互垂直放置。在木板兩端，固定兩個直流調速電動機，為了增加兩個直流電動機固定點的穩(wěn)定性，在水平位置特意添加了一塊長鋼板。將皮帶安裝到電動機的輪子上，再將木塊放置于皮帶上。在豎板上，添加了一塊小鋼板，用來固定定滑輪的位置，定滑輪在凹槽里能夠上下滑動，以適應放在皮帶上木塊的高度。測力計掛在豎板上，掛鉤上的細線繞過定滑輪和木塊相連。

3 實驗創(chuàng)新點

(1)改進實驗采用電動機帶動皮帶做勻速直線運動，根據(jù)運動的相對性，木塊也做勻速直線運動。從而有效解決了原來實驗中木塊不能始終保持勻速直線運動的問題。

(2)彈簧測力計豎直放置，方便調零，示數(shù)穩(wěn)定，誤差較小，同時有效克服了其自身重力對實驗的影響。定滑輪在鋼制凹槽中能上下自由移動，便于控制測力計沿水平方向拉動木塊。

4 應用效果

本裝置可以探究影響滑動摩擦力的多個因素，具體如下。

(1)探究滑動摩擦力與壓力的關系：打開調速器，調節(jié)到一定速度，使皮帶做勻速直線運動，讀出彈簧測力計的示數(shù)；改變放在木塊上砝碼的質量，測出此時滑動摩擦力的大小。

(2)探究滑動摩擦力與接觸面粗糙程度的關系：取兩個相同的木塊，在其中一個木塊的底部粘上砂紙，改變接觸面的粗糙程度，分別測量滑動摩擦力的大小。

(3)探究滑動摩擦力與接觸面積的關系：將一個長方體木塊分別平放和側放于皮帶上，改變兩者接觸面積，測量兩種情況下滑動摩擦力的大小。

(4)探究滑動摩擦力與物體速度的關系：通過調速器改變皮帶的速度，從而改變木塊的運動速度，測量不同速度時滑動摩擦力的大小。

(5)探究將滑動摩擦力改為滾動摩擦力可減小摩擦：將質量和材質相同的小車和木塊分別放在皮帶上，測量并比較兩種情況下摩擦力的大小。