單海千

摘 要：從浙教版初中《科學(xué)》第二冊第三章第6節(jié)中“探究影響滑動摩擦力大小的因素”的傳統(tǒng)實驗出發(fā)，列舉傳統(tǒng)實驗的不足之處，提出利用DISLab改進傳統(tǒng)實驗的方案。

關(guān)鍵詞：滑動摩擦力；重力；壓力；DISLab；實驗

中圖分類號：G633.7 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-6148（2019）2-0054-2

數(shù)字化信息系統(tǒng)實驗室（DISLab）是由傳感器、數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)分析處理軟件構(gòu)成的一套完整的實驗輔助系統(tǒng)。傳統(tǒng)的初中物理實驗儀器有諸多優(yōu)點，但已經(jīng)很難滿足信息化背景下學(xué)生發(fā)展的需要，有時還成為阻礙實驗教學(xué)質(zhì)量提高的瓶頸?，F(xiàn)以“探究影響滑動摩擦力大小的因素”實驗為例，談如何利用DISLab改進傳統(tǒng)實驗。

1 教材實驗裝置介紹與不足

浙教版七下《科學(xué)》第三章第6節(jié)《摩擦力》采用如圖1所示的實驗裝置探究“影響滑動摩擦力大小的因素”，用彈簧測力計水平拉動木塊，使它沿長木板做勻速直線運動，利用二力平衡，彈簧測力計對木塊的拉力與木塊受到的滑動摩擦力大小相等。這樣通過讀出彈簧測力計所示的拉力，就可以得到木塊與長木板之間的滑動摩擦力。該裝置器材易得，原理簡單。但實驗過程中有兩點不足：（1）實驗過程中難以水平勻速拉動木塊，從而導(dǎo)致彈簧測力計的示數(shù)不穩(wěn)定，讀數(shù)困難，同時在一個運動的彈簧測力計上讀數(shù)誤差較大。（2）學(xué)生根據(jù)經(jīng)驗易將壓力與重力混淆，從而提出“滑動摩擦力的大小可能與物體重力有關(guān)”的猜想，而圖1的實驗裝置無法用實驗糾正學(xué)生的錯誤猜想。

2 數(shù)顯滑動摩擦力演示儀的制作與操作

數(shù)顯滑動摩擦力演示儀如圖2所示。其中的物體表面壓力顯示器是一只普通的電子秤，只需在單價中輸入9.8，即可在電子秤上直接顯示物體表面的壓力。為避免電子秤的其他示數(shù)對學(xué)生產(chǎn)生干擾，可把其他示數(shù)遮擋。拉力傳感器固定在鐵架臺上，拉鉤通過細線與木塊相連，可通過電腦實時顯示拉力傳感器上拉鉤處的拉力。定滑輪掛在鐵架臺上，用細線將木塊和水桶相連，通過調(diào)節(jié)水量來調(diào)節(jié)木塊表面的壓力。當(dāng)水平拉動白紙時木塊相對于地面靜止，所受拉力和滑動摩擦力是一對平衡力。

針對“滑動摩擦力的大小可能與物體重力有關(guān)”的猜想，可以利用圖2所示的裝置進行探究。步驟如下：

（1）將8K白紙放在壓力顯示器上，按“置零”鍵，使壓力顯示為0 N。

（2）將木塊放在白紙上，再放相應(yīng)的鉤碼使壓力顯示器的示數(shù)為2.5 N。水平向左拉動白紙，讀出拉力傳感器的示數(shù)并記錄。

（3）再將另一個50 g的鉤碼放在木塊上，此時物體的總重力為3.0 N。往水桶中加入一定量的水，使壓力顯示器的示數(shù)仍為2.5 N。水平向左拉動白紙，讀出拉力傳感器的示數(shù)并記錄。

（4）再增加一個50 g的鉤碼，重復(fù)步驟3，記錄結(jié)果，如表1所示。

通過實驗學(xué)生否定了“滑動摩擦力的大小可能與物體重力有關(guān)”的猜想，得出“滑動摩擦力的大小與物體重力無關(guān)”的結(jié)論。

當(dāng)然，該演示儀也能探究滑動摩擦力的大小與物體表面壓力和接觸面的粗糙程度的關(guān)系，此處不再贅述。

3 數(shù)顯滑動摩擦力演示儀的優(yōu)點

（1）該演示儀利用壓力顯示器實時顯示物體表面壓力，并可通過機械裝置控制物體表面壓力，從而實現(xiàn)“滑動摩擦力的大小可能與物體的重力有關(guān)”的探究，彌補傳統(tǒng)實驗的不足。

（2）該演示儀具備教材實驗的全部功能，可操作性更強，利用拉力傳感器測量拉力更精確，且在演示時可視性更強。

（3）利用真實的實驗數(shù)據(jù)破解學(xué)生的質(zhì)疑，糾正學(xué)生的認識誤區(qū)，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

（欄目編輯 王柏廬）