“研究滑动摩擦力的大小”的实验探究

刘鹏

实验探究就是通过师生及生生间的互助、互动来设计实验、探索知识、解决问题的学习方式，它是培养学生科学素质和创新能力的重要手段.下面以研究滑动摩擦力的大小为例谈谈对实验探究的一些做法.

一、提出问题

我们如何研究影响滑动摩擦力的因素？怎样测滑动摩擦力的大小呢？

二、猜想

通过学生的自主讨论，得到如下猜想与假设：

猜想1：滑动摩擦力大小与接触面间的压力有关系

猜想2：滑动摩擦力大小与相对运动快慢有关系

猜想3：滑动摩擦力大小与接触面面积有关系

猜想4：滑动摩擦力大小与接触面粗糙程度有关系

三、设计实验

将一端固定的测力计拴在滑块上，并使滑块位于水平木板上，使木板匀速运动，测力计和滑块虽然处于静止状态，但滑块与木板有相对运动，因此滑块受到滑动摩擦力.观察测力计的读数F，根据F=f测得f的大小.通过控制变量法，探究上述猜想.（本实验也可用微型电动机代替重物拉动木块）

四、实验器材

玻璃板、铁板、泡沫板等各一张、滑块、钩码、长木板、托盘天平、重物（微型电动机）、细绳、测力计等

五、实验装置

六、进行实验

实验一、滑动摩擦力大小与接触面间的压力的关系

在物体的接触面面积、接触面的粗糙程度、物体相对运动的速度一定的条件下（控制变量法），探究滑动摩擦力与接触面间压力的关系：

实验二、滑动摩擦力大小与接触面粗糙程度的关系

在物体的接触面面积、接触面间的压力、物体相对运动的速度一定的条件下（控制变量法），探究滑动摩擦力与接触面粗糙程度的关系

实验三、滑动摩擦力大小与接触面面积的关系

在物体的接触面粗糙程度、接触面间的压力、物体相对运动的速度一定的条件下（控制变量法），探究滑动摩擦力与接触面面积的关系

实验四、滑动摩擦力大小与相对运动快慢的关系

在物体的接触面粗糙程度、接触面间的压力、接触面面积一定的条件下（控制变量法），探究滑动摩擦力与物体相对运动的速度的关系

七、实验结论

滑动摩擦力的大小与正压力的大小成正比；滑动摩擦力的大小与接触面面积的大小无关；滑动摩擦力的大小与接触面的材料、平滑程度有关；在速度较小时，滑动摩擦力大小与相对速度无关.

八、改进实验、活化学生思维

本实验中有一个误区，在探究滑动摩擦力大小与接触面间的压力的关系时，学生误以为压力一定等于重力，从而出现滑动摩擦力的大小与重力成正比的经典错误.

作如图2改进就解决了上述问题，实验过程中用铁架台及长木板搭建斜面，测量斜面的高度和长度求的倾角θ.实验过程同上实验.拉动木块，观察测力计读数F，根据f=T-Gsinθ和F_N=Gcosθ测得f和F_N.改变不同倾角，重复上述实验.这样改进的目的，主要探究滑动摩擦力与重力和压力的关系.在重力不变的情况下，调整倾斜的角度，改变压力.拉动木板，观察测力计的读数，判断滑动摩擦力与重力和压力的关系.当然也可以探究滑动摩擦力大小与相对运动快慢的关系；滑动摩擦力大小与接触面面积的关系；滑动摩擦力大小与接触面粗糙程度的关系等.

“研究滑动摩擦力的大小”实验全面体现新课程理念，指导好学生分组探究实验，增强学生课堂参与率，使每位学生动起手来，使每位小组成员积极参加讨论；注重培养学生科学探究的思想，注重实验的设计和改进.学生在完成这一探究过程中，教师加以适当的引导，经历了自主探究且回顾了“控制变量法”这种科学探究方法.以上两种实验探究方案克服了测力计不易匀速拉动、示数不稳定而不便于读数的缺点。endprint