易維華

摘要：“探究影響摩擦力因素的實(shí)驗(yàn)調(diào)查”在教材中的設(shè)計(jì)存在不足，應(yīng)根據(jù)情況進(jìn)行改進(jìn)。

關(guān)鍵詞：探究;摩擦力;影響因素

1物理實(shí)驗(yàn)中摩擦力的影響因素

高中物理中非常重要的實(shí)驗(yàn)，旨在找出影響滑動(dòng)摩擦的因素。但是，當(dāng)以教科書(shū)方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，不僅操作困難，而且會(huì)引起較大的誤差。經(jīng)過(guò)筆者的仔細(xì)思考，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)有兩個(gè)主要缺點(diǎn)：

（1）根據(jù)二力平衡狀態(tài)下，僅當(dāng)彈簧在水平方向上拉動(dòng)木塊進(jìn)行迅速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，木塊才能保持平衡狀態(tài)，受到平衡力，此時(shí)，摩擦力的大小等于彈簧力測(cè)力計(jì)的示數(shù)，所以實(shí)驗(yàn)者需要用手拉著彈簧測(cè)力計(jì)拉動(dòng)木塊做迅速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，但不僅學(xué)生，就算是老師，也很難保證拉動(dòng)過(guò)程中木塊是做迅速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，木塊速度很難控制，讀取示數(shù)時(shí)也可能發(fā)生誤差。

（2）由于彈簧測(cè)力計(jì)的設(shè)計(jì)是豎向的，因?yàn)閺椈蓧毫τ?jì)這樣進(jìn)行設(shè)計(jì)主要是為了方便調(diào)零。如果使用豎向彈簧測(cè)力計(jì)來(lái)測(cè)量水平力，則實(shí)驗(yàn)者稍微用了一點(diǎn)力拉動(dòng)測(cè)力計(jì)，那么測(cè)力計(jì)的值可能依然為零，測(cè)量值可能就會(huì)減小，這是因?yàn)閺椈杀旧硎秦Q向的，由于彈簧自身重力會(huì)將指針向下拉動(dòng)，因此，如果水平測(cè)量，重力將不起作用。但是，由于水平調(diào)零時(shí)沒(méi)有力來(lái)拉動(dòng)測(cè)力計(jì)，因此很難精確地調(diào)整零位。因此，這是豎向彈簧測(cè)力計(jì)進(jìn)行水平測(cè)量實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生誤差的原因之一。由于這兩個(gè)原因，可以肯定的是，不僅進(jìn)行實(shí)驗(yàn)很困難，而且還存在嚴(yán)重的誤差，因此必須對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行必要的改進(jìn)[1]。

2傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中存在的問(wèn)題

2.1實(shí)驗(yàn)中顯示出的滑動(dòng)摩擦力發(fā)生變化

在試驗(yàn)過(guò)程中，如果木板無(wú)法連續(xù)移動(dòng)，而是有時(shí)快有時(shí)慢，快速或緩慢移動(dòng)，雖然物塊相對(duì)于地面來(lái)說(shuō)是靜止的，但是它會(huì)隨著木板運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化實(shí)際上也會(huì)相對(duì)于地面發(fā)生變化。但是，這種變化很小，實(shí)驗(yàn)者沒(méi)有意識(shí)到這一點(diǎn)，并認(rèn)為木塊是相對(duì)于地面靜止的，但是傳感器可以清楚地將由于微小形變引起的彈力變化表示出來(lái)。因此，我們觀(guān)察到實(shí)驗(yàn)中顯示的滑動(dòng)摩擦圖像隨時(shí)間發(fā)生了變化。

2.2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不過(guò)原點(diǎn)及滑動(dòng)摩擦力隨物體間相對(duì)運(yùn)動(dòng)加快而增大

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在以下條件下產(chǎn)生的滑動(dòng)摩擦壓力圖像不會(huì)與原點(diǎn)相交。

（1）如果接觸面是布（毛巾），僅鋪在木板表面上且用圖釘固定，則可以看出，在處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)后滑動(dòng)摩擦力圖像將沒(méi)有通過(guò)原點(diǎn)，分析的原因很可能是在木板和布（毛巾）表面由于木板與布（毛巾）的表面阻力變大，摩擦力偏大，因此，即使在相同壓力下，導(dǎo)致摩擦力偏大不經(jīng)過(guò)原點(diǎn)，當(dāng)兩個(gè)對(duì)象之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度較大時(shí)，由于布料（毛巾）增加兩個(gè)接觸面之間的阻力。因此，滑動(dòng)摩擦力會(huì)隨著相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度加快增大，所以不會(huì)經(jīng)過(guò)原點(diǎn)[2]。

（2）如果接觸面是木板表面，也會(huì)發(fā)生上述現(xiàn)象。仔細(xì)觀(guān)察表明，兩塊板的表面不是很光滑。因此，在兩個(gè)物體之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)期間，摩擦力也改變，并且摩擦力隨著兩個(gè)物體之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度的增加而增加。

（3）如果在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中保持接觸面光滑，如果由于增加配重而導(dǎo)致物體重心發(fā)生變化，則圖像將不會(huì)經(jīng)過(guò)原點(diǎn)，通過(guò)觀(guān)察，可以看到，如果重物的重心不在物體的中心，則物體的滑動(dòng)摩擦力會(huì)隨位置變化而變化，因此，傳感器提供的數(shù)據(jù)實(shí)際上與物體受到的摩擦力不同。

（4）在使用相同實(shí)驗(yàn)裝置的干燥空氣環(huán)境中，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與當(dāng)前的認(rèn)識(shí)是一致的，但是該實(shí)驗(yàn)是在潮濕環(huán)境中進(jìn)行的，并且發(fā)現(xiàn)了物體的滑動(dòng)摩擦隨著物塊和木板之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的增加越來(lái)越大。

3改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案

3.1實(shí)驗(yàn)器材與裝置

3.1.1實(shí)驗(yàn)器材

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中將會(huì)用到一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)，光滑表面的長(zhǎng)木板，帶槽的方木板，滑輪，輪軸各一個(gè)，白布條和長(zhǎng)毛巾一條，砝碼和細(xì)線(xiàn)。

3.1.2實(shí)驗(yàn)裝置和原理（圖1）

3.2實(shí)驗(yàn)操作步驟

3.2.1靜摩擦力的特點(diǎn)探究

握住D軸手柄并扭轉(zhuǎn)手柄，然后手柄的旋轉(zhuǎn)力逐漸從零增加過(guò)程中，學(xué)生會(huì)注意到彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)會(huì)增加，隨著彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)的增加木塊緩慢地進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)突然從最大值值下降到某一值，即在方木塊A槽中放入砝碼，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，學(xué)生們可以發(fā)現(xiàn)，彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)正在增加，然后將長(zhǎng)毛巾和白布條固定在長(zhǎng)木板表面，重復(fù)實(shí)驗(yàn)步驟，學(xué)生可以看到彈簧測(cè)力計(jì)的最大讀數(shù)變大。結(jié)論靜摩擦力的大小是有范圍的（0≤FmFmax），最大靜摩擦力與靜壓力成正比，并且與接觸表面的材料和粗糙度有關(guān)[3]。

3.2.2滑動(dòng)摩擦力的特點(diǎn)

用力扭轉(zhuǎn)手柄，并使木板緩慢移動(dòng)，保持迅速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，學(xué)生們會(huì)發(fā)現(xiàn)彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)為固定值，然后轉(zhuǎn)動(dòng)把手，木板以快速恒定的速度運(yùn)動(dòng)，學(xué)生們可以看到彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)與較小速度運(yùn)行時(shí)一致，沒(méi)有改變，然后再不時(shí)扭轉(zhuǎn)手柄，時(shí)木板做變速運(yùn)動(dòng)，學(xué)生可以看到測(cè)力計(jì)讀數(shù)與恒定速率運(yùn)行時(shí)一樣，如果在方木板A槽中放置不均勻質(zhì)量的砝碼，再重復(fù)上面的實(shí)驗(yàn)步驟，學(xué)生可以看到彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)表達(dá)，在長(zhǎng)木板的表面分別放置長(zhǎng)白條和長(zhǎng)毛巾，轉(zhuǎn)動(dòng)把手，讓木板運(yùn)動(dòng)，學(xué)生可以看到彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)變大，結(jié)論滑動(dòng)摩擦力的大小與靜壓力成正比，并且還與接觸面和材料有關(guān)，但與木板運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān)。

3.2.3動(dòng)摩擦因數(shù)的測(cè)定

使用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量木塊的重力，并使用圖1中的裝置測(cè)量木塊與長(zhǎng)板（或其他物體）之間的滑動(dòng)摩擦，利用公式μ= 便可測(cè)出兩物體之間的的動(dòng)摩擦因數(shù)。

4結(jié)語(yǔ)

義務(wù)教育階段的物理教育應(yīng)該充滿(mǎn)激情和活力。物理實(shí)驗(yàn)是離不開(kāi)實(shí)際的，物理課堂也是這樣，高中生更擅長(zhǎng)于更好地觀(guān)察事物，所以讓學(xué)生多進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)，他們不僅學(xué)習(xí)了知識(shí)，而且還幫助他們提高了實(shí)踐和分析能力，并幫助培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉偉武.“影響滑動(dòng)摩擦力大小因素”的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新[J].湖南高中物理，2019，34 （10）：69+92.

[2]張欽泉.“研究影響滑動(dòng)摩擦力大小的因素”的實(shí)驗(yàn)與改進(jìn)[J].物理通報(bào)，2019 （S2）：102-105.

[3]宋波，徐永芝.探究影響滑動(dòng)摩擦力大小因素的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新[J].中高中實(shí)驗(yàn)與裝備，2018，28 （04）：46.