探究影響摩擦力大小的因素

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1、影響摩擦力大小因素的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析物理學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)，而物理教學(xué)中的演示實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)，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(dòng)。它既可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動(dòng)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(shí)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)?、?shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。①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(gè)重點(diǎn)，也是一個(gè)難點(diǎn)，尤其是對

2、影響摩擦力大小因素的實(shí)驗(yàn)探究。一、傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)不足為了增進(jìn)學(xué)生對于物理規(guī)律的理解，老師一般會(huì)帶領(lǐng)學(xué)生參與物理實(shí)驗(yàn)，在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)中，會(huì)采用在水平面上手拉彈簧測力計(jì)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(shí)驗(yàn)中，存在一些不足，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)誤差較大，甚至與正確的實(shí)驗(yàn)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(huì)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(jì)水平放置，學(xué)生不以觀察彈簧測力計(jì)示數(shù)的變化；第二，彈簧測力計(jì)處于運(yùn)

3、動(dòng)狀態(tài)，給精確度數(shù)造成極大的困難；第三，用人手拉動(dòng)物塊時(shí)，無法保證物塊作勻速直線運(yùn)動(dòng)，而本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理就是利用二力平衡的條件，當(dāng)物塊勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，彈簧測力計(jì)對物塊的拉力（彈簧測力計(jì)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(dòng)時(shí)，二者并不相等。一、原因分析筆者通過認(rèn)真的反思發(fā)現(xiàn)，將彈簧測力計(jì)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(shí)驗(yàn)并不能達(dá)到預(yù)期的效果，而且彈簧測力計(jì)是按照豎直放置時(shí)制作的，調(diào)零、度數(shù)時(shí)也應(yīng)是在豎直方向上，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)選擇水平方式，無論在學(xué)生觀察度數(shù)還是對于測力計(jì)本身的精確

4、程度都產(chǎn)生不良的影響。另外，實(shí)驗(yàn)中彈簧測力計(jì)始終處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并且由于很難保證運(yùn)動(dòng)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(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)不斷對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，力求將誤差縮減到最小。如果能使彈簧測力計(jì)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(dòng)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(shí)驗(yàn)誤差。介于此，筆者對“探究影響摩擦力大小因素”實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了以下的改進(jìn)，克服了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中的不足，取得了更好地實(shí)驗(yàn)效果。二、儀器改進(jìn)導(dǎo)軌彈簧測力計(jì)拉力傳感器小車滑塊小馬達(dá)1、彈簧測力計(jì)變水平放置為豎直放置，變動(dòng)

5、為靜。將彈簧測力計(jì)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(jì)的影響，將彈簧測力計(jì)固定到豎直木板上并用定滑將物塊與測力計(jì)鏈接，使得實(shí)驗(yàn)可以在測力計(jì)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)定性，改用小馬達(dá)牽引，使物塊運(yùn)動(dòng)更趨近與勻速直線運(yùn)動(dòng)，從而使得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)更加的準(zhǔn)確。如圖所示3、變物塊動(dòng)為木板動(dòng)。根據(jù)而二平衡條件，只有當(dāng)物體處于勻速直線運(yùn)動(dòng)或者靜止時(shí)，物塊所受的摩擦力才與拉力相等，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中，是使物塊做勻速直線運(yùn)動(dòng)，事實(shí)表明，很難控制使之持續(xù)做勻速直線運(yùn)動(dòng)，因此筆

6、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(dòng)，受力分析可得，木板只要一直處于運(yùn)動(dòng)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(dòng)，不能有停止的時(shí)候，因?yàn)槟景逡坏┩Ｖ谷缓筮\(yùn)動(dòng)，物塊所受摩擦力會(huì)在滑動(dòng)摩擦力和最大靜摩擦力之間切換，從而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)誤差。）如圖所示：4、四個(gè)探究因素集成化，方便快捷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(gè)區(qū)域共同連城的木板上滑動(dòng)，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(dòng)到本區(qū)域時(shí)，接觸面的摩擦系數(shù)會(huì)變大；B區(qū)域在木板下放置了一塊強(qiáng)力磁

7、鐵，而在物塊頂部裝有鐵片，當(dāng)物塊運(yùn)動(dòng)到本區(qū)域時(shí)，會(huì)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(dòng)到本區(qū)域時(shí)，物塊與木板的接觸面積變??；D區(qū)域裝有與木板表面平行滑輪，物塊運(yùn)動(dòng)到此處時(shí)，其運(yùn)動(dòng)性質(zhì)會(huì)由滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦。當(dāng)通過拉動(dòng)木板，使物塊依次經(jīng)過ABCD四個(gè)區(qū)域時(shí)，物塊會(huì)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(dòng)為滾動(dòng)四個(gè)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

8、塊依次經(jīng)過四個(gè)區(qū)域時(shí)，通過觀察測力計(jì)的變化可以定性的看出四個(gè)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(jì)換成DIS拉力傳感器，當(dāng)依次經(jīng)過四個(gè)區(qū)域時(shí)，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(gè)區(qū)域相對應(yīng)即可總結(jié)出四個(gè)因素對摩擦