探究摩擦力與哪些因素有關(guān)

摘要：在日常生活中，人們對摩擦力這種現(xiàn)象并不陌生。由于摩擦力與人的生活息息相關(guān)，所以有關(guān)摩擦力的研究和探索也一直進(jìn)行著。

關(guān)鍵詞：摩擦力;物理教學(xué);控制變量

在學(xué)習(xí)摩擦力時(shí)，有些同學(xué)提出如下的猜想：摩擦力可能與接觸面的粗糙程度有關(guān);摩擦力可能與物體的運(yùn)動情況有關(guān)。

（1）請你再提出兩個(gè)有意義的猜想。

（2）某同學(xué)在探究滑動摩擦力與哪些因素有關(guān)的實(shí)驗(yàn)時(shí)，用彈簧測力計(jì)勻速拉動木塊，使木塊沿水平長木板滑動，從而測出木塊和長木板之間的摩擦力;在木塊上加放砝碼，并改變木塊上砝碼的數(shù)量，從而改變木塊和長木板之間的壓力;把棉布、毛巾等鋪在長木板上，從而改變接觸面的粗糙程度。他們把實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄在下邊中：

根據(jù)表格中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，能得出那些結(jié)論？

（3）要驗(yàn)證“在相同條件下，滾動摩擦力遠(yuǎn)小于滑動摩擦力”這一結(jié)論，請你設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，來說明這一結(jié)論的正確性。

分析：（1）影響摩擦力的因素不止一個(gè)，如：摩擦力可能與物體運(yùn)動速度有關(guān);摩擦力可能與接觸面的壓力有關(guān);摩擦力可能與物體運(yùn)動方向有關(guān);摩擦力可能與接觸面大小有關(guān)等等。只要提出的猜想合理即可。但是提出的猜想不一定時(shí)正確的，猜想正確與否要通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證。

（2）分析處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，要注意實(shí)驗(yàn)方法。由于摩擦力的大小與許多因素有關(guān)，研究時(shí)要采用“控制變量”的研究方法。從表1中可以看出，3次實(shí)驗(yàn)中壓力均為5N，但是接觸面各不相同，這是保持壓力不變的條件下研究摩擦力與接觸面粗糙程度之間的關(guān)系。從表2中可以看出，三次實(shí)驗(yàn)中接觸面都是木塊和木板，但是壓力各不相同，這是在保持接觸面粗糙程度不變的情況下研究摩擦力與壓力之間的關(guān)系。從表中數(shù)據(jù)可以得出的結(jié)論是：①摩擦力的大小與接觸面的粗糙程度有關(guān)，當(dāng)壓力一定時(shí)，接觸面越粗糙摩擦力越大。②摩擦力大小與壓力的關(guān)系，當(dāng)接觸面粗糙程度一定時(shí)，壓力越大摩擦力越大。

（3）題中只給出探究實(shí)驗(yàn)的目的，而實(shí)驗(yàn)方案、所用器材、實(shí)驗(yàn)步驟等都需要自己設(shè)計(jì)。

由于摩擦力的大小與作用在物體表面的壓力大小有關(guān)，還跟接粗面的粗糙程度有關(guān)。滾動摩擦力與滑動摩擦力的區(qū)別在于物體在接觸面上運(yùn)動形式不同。前者為滾動，后者為滑動。顯然，只有在相同條件下才能比較這兩種摩擦力的大小。因此，實(shí)驗(yàn)時(shí)需要使用相同質(zhì)量的物體，用同意彈簧測力計(jì)，還要使物體做勻速直線運(yùn)動。具體設(shè)計(jì)如下：

先用彈簧測力計(jì)拉一木塊在水平桌面上做勻速直線運(yùn)動;再在這一木塊下面放幾個(gè)圓鉛筆，同樣用彈簧測力計(jì)拉著做勻速直線運(yùn)動。發(fā)現(xiàn)后者彈簧測力計(jì)示數(shù)遠(yuǎn)小于前者的彈簧測力計(jì)的示數(shù)。這說明“在相同條件下，滾動摩擦力遠(yuǎn)小于滑動摩擦力”。

按照人教版教材的實(shí)驗(yàn)裝置及步驟，該實(shí)驗(yàn)的原理是二力平衡。因?yàn)槟緣K在彈簧測力計(jì)的拉力作用下做勻速直線運(yùn)動，所以木塊所受拉力大小等于木塊所受摩擦力的大小。該實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵是讓木塊做勻速直線運(yùn)動。而用手直接拉動彈簧測力計(jì)，很難保證木塊始終做勻速直線運(yùn)動。從而導(dǎo)致測力計(jì)示數(shù)不穩(wěn)定，其次彈簧測力計(jì)一直在運(yùn)動也難以精確讀數(shù)，數(shù)據(jù)存在較大誤差。

為了能從彈簧測力計(jì)上準(zhǔn)確讀數(shù)，實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)讓測力計(jì)保持靜止，同時(shí)還要讓木塊和木板間發(fā)生相對運(yùn)動，因此實(shí)驗(yàn)時(shí)可以抽動下方的長木板，讓木板運(yùn)動，彈簧測力計(jì)和木塊靜止。讓測力計(jì)一端固定，另一端拉著小木塊，水平抽動長木板，木塊同時(shí)受測力計(jì)的拉力和木板對它的摩擦力而保持靜止。改進(jìn)后滑動摩擦力與長木板的運(yùn)動快慢無關(guān)，所以不需要?jiǎng)蛩倮瓌娱L木板，操作比較容易。同時(shí)彈簧測力計(jì)相對靜止，示數(shù)穩(wěn)定，很容易讀數(shù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]李俊平. 探究摩擦力與哪些因素有關(guān)[J]. 試題與研究：新課程論壇， 2010（17）：1.

[2]華永平， 周俠斐. 任務(wù)目標(biāo)驅(qū)動下初中物理實(shí)驗(yàn)型探究課的教學(xué)策略——以"探究摩擦力的大小與哪些因素有關(guān)"為例[J]. 中學(xué)物理， 2019， 37（22）：3.