探究物體間的動(dòng)摩擦因數(shù)

賈春

摘 要：教師要把實(shí)驗(yàn)作為重要的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，教師可以充分利用日常物品、學(xué)校實(shí)驗(yàn)條件等各種實(shí)驗(yàn)資源，對(duì)課本提供的演示實(shí)驗(yàn)和必做實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行改進(jìn)，積極開發(fā)適合教學(xué)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。通過實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練，要求學(xué)生學(xué)會(huì)實(shí)驗(yàn)操作和觀察測量，如實(shí)地記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和數(shù)據(jù)，客觀地分析發(fā)現(xiàn)的問題，培養(yǎng)學(xué)生基于事實(shí)，不斷地嘗試和思考，應(yīng)用所學(xué)知識(shí)，得出結(jié)論并進(jìn)行相關(guān)解釋，培養(yǎng)學(xué)生物理“科學(xué)探究”核心素養(yǎng)。本文結(jié)合高中學(xué)生學(xué)習(xí)滑動(dòng)摩擦力和實(shí)驗(yàn)室條件，就地取材介紹三種間接測定動(dòng)摩擦因數(shù)的方法。

關(guān)鍵詞：物體;動(dòng)摩擦因數(shù)

物理實(shí)驗(yàn)在物理學(xué)發(fā)展中具有重要作用，教師要把實(shí)驗(yàn)作為重要的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，教師可以充分利用日常物品、學(xué)校實(shí)驗(yàn)條件等各種實(shí)驗(yàn)資源，對(duì)課本提供的演示實(shí)驗(yàn)和必做實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行改進(jìn)，積極開發(fā)適合教學(xué)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。通過實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練，要求學(xué)生學(xué)會(huì)實(shí)驗(yàn)操作和觀察測量，如實(shí)地記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和數(shù)據(jù)，客觀地分析發(fā)現(xiàn)的問題，培養(yǎng)學(xué)生基于事實(shí)，不斷地嘗試和思考，應(yīng)用所學(xué)知識(shí)，得出結(jié)論并進(jìn)行相關(guān)解釋，培養(yǎng)學(xué)生物理“科學(xué)探究”核心素養(yǎng)。本文結(jié)合高中學(xué)生學(xué)習(xí)滑動(dòng)摩擦力和實(shí)驗(yàn)室條件，就地取材介紹三種間接測定動(dòng)摩擦因數(shù)的方法。

一、用測力計(jì)測定

用測力計(jì)間接測定動(dòng)摩擦因數(shù)。如圖所示，該實(shí)驗(yàn)將課本中用手拉動(dòng)測力計(jì)改為用力緩慢地將平板小車從木塊下面拉出，記錄下彈簧測力計(jì)的讀數(shù)F。

N=Mg，f=F，μ。

該實(shí)驗(yàn)方法中有三點(diǎn)注意事項(xiàng)：測力計(jì)固定不動(dòng)，避免測力計(jì)在運(yùn)動(dòng)中不容易觀察讀數(shù)的缺點(diǎn);用力緩慢拉出小車要注意保持小車勻速前進(jìn);測量至少三次，取平均值減小偶然誤差。

二、利用斜面測定

如圖所示，將長木板與支架構(gòu)成一個(gè)斜面，調(diào)整斜面傾角為θ，使滑塊由靜止沿斜面滑下，滑塊運(yùn)動(dòng)看作初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)。通過固定在斜面上的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，連接在滑塊上的紙帶得到一條點(diǎn)跡清晰的紙帶，計(jì)數(shù)點(diǎn)分別記作O、A、B、C、D、E、F，相鄰之間位移為x1、x2、x3、x4、x5、x6，相等時(shí)間間隔為T，則：

滑塊加速度a

對(duì)滑塊受力分析得a

以上兩式聯(lián)立解得μ

該實(shí)驗(yàn)中要注意斜面傾角調(diào)整合適（μ<tanθ）;斜面足夠長，保證連續(xù)相等時(shí)間內(nèi)打下不少于6個(gè)間隔，通過多次測量減小偶然誤差。

三、利用堆沙法測沙粒與沙粒間的摩擦因數(shù)（最大靜摩擦因數(shù)）

在敦煌有兩個(gè)自然現(xiàn)象十分有趣：一是月牙泉的北側(cè)山坡是不讓游客攀登的，因?yàn)檫@個(gè)沙山坡的坡度已經(jīng)達(dá)到了臨界坡度。如果游人攀登，則打破了原來的平衡狀態(tài)，沙子將大片大片的向下滑，有埋沒月牙泉的可能。學(xué)生有玩過沙堆的體驗(yàn)，讓沙子慢慢從手指縫中漏出，堆出一個(gè)小沙丘，隨著沙丘的高度增加，沙丘越來越大，但沙丘的坡度就不會(huì)改變了。這是因?yàn)樯城鸬钠露葷M足μ=tanθ這個(gè)條件（μ為沙粒和沙粒間的摩擦因數(shù)，θ為坡度）。如圖所示，測出沙錐的直徑d和高h(yuǎn)則：

tanθ

即μ（這個(gè)值應(yīng)該是最大靜摩擦因數(shù)）

另外一個(gè)是蟻獅（倒爬蟲）的陷阱。在敦煌特別干燥的地方，有許多錐形坑，它就是蟻獅捕捉螞蟻的陷阱，由于陷阱的坡度達(dá)到了臨界條件μ=tanθ，螞蟻掉入陷阱就很難爬出，成為蟻獅的盤中餐。如圖所示，測出沙錐的直徑d和高h(yuǎn)則：

tanθ

即μ（最大靜摩擦因數(shù)）

當(dāng)然，數(shù)據(jù)來自于測量，只要教師引導(dǎo)得法，體現(xiàn)問題的真實(shí)背景，增強(qiáng)實(shí)踐的探究意識(shí)，我們還可以用多種方法測兩個(gè)物體表面的動(dòng)摩擦因數(shù)。