探究影響摩擦力大小的因素

1、影響摩擦力大小因素的實驗設(shè)計與分析 物理學(xué)是一門實驗科學(xué)，而物理教學(xué)中的演示實驗教學(xué)，無論是展示現(xiàn)象、導(dǎo)出概念還是發(fā)現(xiàn)規(guī)律，都有著其他教學(xué)方式不可替代的作用。通過演示實驗，能夠提供豐富的感性材料，使抽象枯燥的知識變得形象、生動。它既可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動性，提高課堂教學(xué)效率，又可以培養(yǎng)學(xué)生的探究能力、觀察能力、實踐能力、操作能力、歸納和總結(jié)能力，更重要的是可以形成學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?、實事求是的科學(xué)態(tài)度。 高中九年義務(wù)教育教材第三章第三節(jié)摩擦力，是本章乃至高中物理學(xué)習(xí)都是一個重點(diǎn)，也是一個難點(diǎn)，尤其是對影響摩擦力大小因素的實驗探究。1、 傳統(tǒng)實驗不足 為了增進(jìn)學(xué)生對于物理

2、規(guī)律的理解，老師一般會帶領(lǐng)學(xué)生參與物理實驗，在傳統(tǒng)的實驗中，會采用在水平面上手拉彈簧測力計的方法，利用控制變量法，通過不斷改變物塊對接觸面的正壓力、接觸面的粗糙程度、接觸面的面積等物理量，得出不同幾組數(shù)據(jù)，進(jìn)而得到結(jié)論。如圖所示。（圖片）顯然實驗中，存在一些不足，導(dǎo)致實驗誤差較大，甚至與正確的實驗結(jié)論相違背，不僅無法促進(jìn)學(xué)生對規(guī)律的理解，反而會造成更多的誤解，對教學(xué)帶來很大的不便。第一，彈簧測力計水平放置，學(xué)生不以觀察彈簧測力計示數(shù)的變化；第二，彈簧測力計處于運(yùn)動狀態(tài)，給精確度數(shù)造成極大的困難；第三，用人手拉動物塊時，無法保證物塊作勻速直線運(yùn)動，而本實驗的實驗原理就是利用二力平衡的條件，當(dāng)物塊

3、勻速直線運(yùn)動時，彈簧測力計對物塊的拉力（彈簧測力計的示數(shù)）等于物塊所受摩擦力，當(dāng)物塊不是勻速直線運(yùn)動時，二者并不相等。2、 原因分析 筆者通過認(rèn)真的反思發(fā)現(xiàn)，將彈簧測力計水平放置，大部分同學(xué)幾乎看不到示數(shù)，即使少部分同學(xué)能看到也很不清楚，使得實驗并不能達(dá)到預(yù)期的效果，而且彈簧測力計是按照豎直放置時制作的，調(diào)零、度數(shù)時也應(yīng)是在豎直方向上，傳統(tǒng)實驗選擇水平方式，無論在學(xué)生觀察度數(shù)還是對于測力計本身的精確程度都產(chǎn)生不良的影響。另外，實驗中彈簧測力計始終處于運(yùn)動狀態(tài)，并且由于很難保證運(yùn)動是勻速的，繼而導(dǎo)致示數(shù)不穩(wěn)定，給度數(shù)造成極大的困難。因此筆者想到實驗設(shè)計時，應(yīng)不斷對實驗進(jìn)行改進(jìn)，力求將誤差縮減到最

4、小。如果能使彈簧測力計在豎直方向放置且處于靜止?fàn)顟B(tài)，而且使物塊處于勻速直線運(yùn)動或者靜止?fàn)顟B(tài)，將非常有利于度數(shù)并且可以有效的減小實驗誤差。 介于此，筆者對“探究影響摩擦力大小因素”實驗進(jìn)行了以下的改進(jìn)，克服了傳統(tǒng)實驗中的不足，取得了更好地實驗效果。3、 儀器改進(jìn)導(dǎo)軌彈簧測力計拉力傳感器小 車 滑塊 小馬達(dá) 1、彈簧測力計變水平放置為豎直放置，變動為靜。將彈簧測力計豎直放置，既可以使同學(xué)們直觀的觀察，又能夠消除重力對彈簧測力計的影響，將彈簧測力計固定到豎直木板上并用定滑將物塊與測力計鏈接，使得實驗可以在測力計靜止?fàn)顟B(tài)觀察和度數(shù)。如圖所示： 2、 變手拉物塊為小馬達(dá)牽引物塊。為了克服用手拉物塊的不穩(wěn)

5、定性，改用小馬達(dá)牽引，使物塊運(yùn)動更趨近與勻速直線運(yùn)動，從而使得實驗數(shù)據(jù)更加的準(zhǔn)確。如圖所示 3、變物塊動為木板動。根據(jù)而二平衡條件，只有當(dāng)物體處于勻速直線運(yùn)動或者靜止時，物塊所受的摩擦力才與拉力相等，傳統(tǒng)實驗中，是使物塊做勻速直線運(yùn)動，事實表明，很難控制使之持續(xù)做勻速直線運(yùn)動，因此筆者選擇讓物塊處于靜止?fàn)顟B(tài)，而使物塊下面的木板運(yùn)動，受力分析可得，木板只要一直處于運(yùn)動狀態(tài)，木板上的物塊所受的拉力始終與其所受摩擦力相等。（木板需要一直運(yùn)動，不能有停止的時候 ，因為木板一旦停止然后運(yùn)動，物塊所受摩擦力會在滑動摩擦力和最大靜摩擦力之間切換，從而導(dǎo)致實驗誤差。）如圖所示：4、四個探究因素集成化，方便快捷

6、且既適用于初中教學(xué)又適用于高中教學(xué)。物塊將在由A、B、C、D四個區(qū)域共同連城的木板上滑動，在A區(qū)域木板上鋪上了一層摩擦系數(shù)較大的棉布，當(dāng)物塊由木板上運(yùn)動到本區(qū)域時，接觸面的摩擦系數(shù)會變大；B區(qū)域在木板下放置了一塊強(qiáng)力磁鐵，而在物塊頂部裝有鐵片，當(dāng)物塊運(yùn)動到本區(qū)域時，會因磁鐵對鐵片的吸引力而使物塊所受的正壓力增大；C區(qū)域接觸面變窄，當(dāng)運(yùn)動到本區(qū)域時，物塊與木板的接觸面積變小；D區(qū)域裝有與木板表面平行滑輪，物塊運(yùn)動到此處時，其運(yùn)動性質(zhì)會由滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦。當(dāng)通過拉動木板，使物塊依次經(jīng)過ABCD四個區(qū)域時，物塊會依次經(jīng)歷：木板A木板B木板C木板D木板。通過這次各區(qū)域，可以探究物體表面粗糙程度、物體所受壓力、接觸面的面積以及變滑動為滾動四個因素對摩擦力大小的影響，適用于初中階段摩擦力的學(xué)習(xí)，也適用于高中初步學(xué)習(xí)。ABCD5、當(dāng)物塊依次經(jīng)過四個區(qū)域時，通過觀察測力計的變化可以定性的看出四個因素對摩擦力大小的影響，但是不夠直觀沒有連續(xù)性，因此將彈簧測力計換成DIS拉力傳感器，當(dāng)依次經(jīng)過四個區(qū)域時，可以畫出如圖所示的圖形，通過分析圖形的凹凸可以得到摩擦力大小的變化，與四個區(qū)域相對應(yīng)即可總結(jié)出四個因素對摩擦力大小的影響。觀察E處，在物塊滑動之前到