自制摩擦力演示仪及实验操作

王连文

摘 要：摩擦力是高中物理的一个重要的知识点，在教学中，主动轮与从动轮所受摩擦力的方向问题的判断，始终是一个难点。自制摩擦力演示仪，该演示仪通过毛刷的运动方向演示主动轮与从动轮所受摩擦力的方向。该演示仪制作简单、操作方便、效果直观，在教学过程中使用便于学生学习理解摩擦力的受力方向。

关键词：摩擦力;演示仪;实验操作;主动轮;从动轮

1.引言

摩擦是一种常见的现象，当两个相互接触的物体，发生相对运动或具有相对运动的趋势时，就会在接触面上产生阻碍相对运动或相对运动趋势的力，这种力叫做摩擦力。摩擦力分为滑动摩擦力、静摩擦力、滚动摩擦力。滑动摩擦力的方向总是沿着接触面，并且跟物体的相对运动的方向相反。滑动摩擦力是阻碍相互接触的物体间相对运动的力，不都是阻碍物体运动的力。即摩擦力不一定是阻力，它也可能成为使物体运动的动力，要清楚阻碍“相对运动”是以相互接触的物体作为参照物的。“物体运动”可能是以其它物体作参照物的。如：生活中，传送带把货物从低处送到高处，就是靠传送带对货物斜向上的摩擦力实现的。摩擦力与相互摩擦的物体有关，摩擦力无处不在，例如没有摩擦力的话鞋带无法系紧，螺丝钉和钉子无法固定物体。摩擦力概念学生很容易理解，同时正常情况下摩擦力的方向不难辨别，但是在教学中，主动轮与从动轮所受摩擦力的方向问题的判断，对学生来说始终是一个难点。为了解决这个问题，我设计了“摩擦力演示仪”，应用传送带的带动及两个毛刷刷毛在传送带运动过程中倾斜的方向，通过演示仪形象的展现主动轮与从动轮所受摩擦力的方向，学生直观的感受摩擦力的方向，将理论与实践结合，便于学生的理解和掌握。

2.实验器材

长方形木块1个（20cm），长方形木板（50cm）1个，小型传送带1个（5cm*40cm），轴承两个（10C内径），摇把1个（与轴承配套），毛刷两个，木板条两个，钢板一个（65CM），条形钢板2个（10cm）。结构图如下。

3.实验原理

本演示仪通过结构如上图，A毛刷与传送带接触，B毛刷与木块接触，两个毛刷连接为一体，传送带通过摩擦力带动A毛刷运动，A毛刷又带动B毛刷运动，B毛刷运动后产生与木块的擦力。A毛刷所受摩擦力与传送带转动方向一致，而与B所受的摩擦力方向相反。

4.实验装置制作方法

将打印机废旧滚轮切开制作轴承，量取皮带，将皮带与轴承相连，安装摇把，制作传送带;取20cm长的长方形木块，安装长条形挡板，将钢板用长条形木板固定在木块上，并将固定在条形木板的毛刷应用长条形钢板加固在钢板上。

5.实验步骤及结果

1）按图1所示，长毛刷A、B刷毛在一个水平面上，刷毛与平面充分接触，把仪器安装好。

2）摇动摇把，带动皮带传送带如图2所示转动，观察长毛刷A、B刷毛的倾斜的方向。由实验观察，毛刷A向左倾斜，其所受摩擦力方向与传送带转动方向一致，而观察毛刷B向右倾斜，可见其所受摩擦力方向与毛刷A的摩擦力方向相反。

3）摇动摇把，让皮带传送带如图3所示转动，通过实际操作再观察长毛刷A、B刷毛的倾斜的方向。毛刷A向右倾斜，其所受摩擦力方向与传送带转动方向一致，毛刷B向左倾斜，其所受摩擦力方向与毛刷A的摩擦力方向相反。

4）观察皮带传送的两种现象并记录，填写实验报告，整理好仪器。

6.注意事项

1）长毛刷A、B刷毛所在平面应水平，并且长毛刷A、B刷毛与平面充分接触。

2）要让长毛刷A、B刷毛和皮带传送机的皮带在一条直线上。

3）实验时应先放长毛刷，后让皮带传送机转动。

4）传送带长期使用易松弛，为延长其使用寿命，转动轴承不可用力过大，转动过快，防止皮带松弛、受损。

7.讨论

1）当摇把带着传送带转动时，长毛刷A所受的摩擦力是使长毛刷A运动的动力。与此同时，长毛刷A带动长毛刷B运动，因此长毛刷B受到了木板的摩擦力，此摩擦力是阻力。所以，长毛刷A相当于主动轮，而长毛刷B相当于从动轮。

2）毛刷放置是本实验的重点，如果毛刷不与平面接触，毛刷也没有收到摩擦力的作用。所以也要求皮带平面与木板平面水平，保证毛刷受力均匀，便于实验现象的观察。

3）本摩擦力演示仪的制作过程中，通过废物利用节省资源，利用打印机废弃的滚轮制作轴承，其他的木板、钢板等材料也是材料公司的边角材料，所以本摩擦力演示儀所用材料价格低廉，制作简单，操作方便。学生直观的感受摩擦力方向的变化，使抽象知识形象化，课上反响很好，适宜物理教学使用。

4）通过自制物理实验教具补充摩擦力实验动态分析的不足，自制教具制作是物理教师教学改革的重点，特别是针对抽象、学生理解难度的知识点，通过教具的演示，将难点简化，增加学生的学习物理兴趣，利于物理理论课的学习掌握。