改进“探究摩擦力与压力大小关系”的实验方案

胡浩然

摘要：从当前我们学生所做的物理题目来看，与摩擦力有关的题目占据相当大的比重。不难发现，我们往往常常会因为对摩擦力考虑不足而导致解题出现错误。实践证明，实验是我们学生理解并掌握摩擦力的有效途径之一。本文以摩擦力的实验为主要内容，重点讨论了如何改进“研究摩擦力与压力大小关系”的实验方案。

关键词：摩擦力;压力;实验方案;改进

引言

从当前摩擦力实验学习来看，我们学生中的大部分并不关注课堂上老师所演示的物理实验。其主要原因在于，在课堂上，我们学生并未有较多的机会亲自动手实践，只是被动接受教师总结出的或者教材给出的结论，这样造成的后果就是，我们中的相当一部分并不能充分运用摩擦力知识解决与摩擦力有关的实际物理问题，从而严重影响了我们物理水评的提高。我在学习过程中发现，我的部分同学能够通过自主创新实验来掌握摩擦力的知识。因此，我认为，要想加深我们学生对摩擦力的理解，则可以利用改进后的摩擦力实验来实现。以下就是我和几个同学对摩擦力实验的改进（本文中所提到的摩擦力均为滑动摩擦力）。

一、实验方法设计

（一）仪器及装置准备

改进前：仪器：一个秤、一只弹簧测力计、一个长度一米左右且表面粗糙程度均匀的矩形木板、一个长方形木块、一个可固定在铁架台上的钩子、若干个砝码、细线。装置：如下图1所示。

改进后：仪器：一个秤、一只弹簧测力计、一个带有长度一米左右且表面粗糙程度均匀的矩形木板的小车、一个带有钉子和定滑轮的木板、一个铁架台、一个长方形木块、一个小型电动机、若干个钩码、细线。装置：如下图2所示。

（二）实验原理说明

无论是改进前还是改进后，其实验原理均为二力平衡原理。物体做匀速直线运动的情况下，通过弹簧测力计的示数得到摩擦力的大小，此时，拉力与摩擦力相等。

改进前，由于人为拉动矩形长木板B，所以并不能保证矩形长木板B相对于长方体木块A做匀速直线运动。而且，人为拉动过程中，细线并不能够一直保持在水平状态。另外，还存在弹簧测力计自身抖动明显的现象。这些不足之处都会使得实际实验结果与理想实验结果之间存在较大的差异，因此并不能够充分确定摩擦力的大小是否和压力有关。

基于上述不足我和几个同学对实验装置进行了有效改进，引入了定滑轮、小车以及电动机，电动机以及小车保证了矩形木板始终相对于长方形木块做匀变速直线运动。运动过程中，细线一直保持在水平状态。而且，定滑轮保证了弹簧测力计不会出现抖动。这些改进措施都在最大程度上弥补了改进前实验装置中存在的不足之处。

二、实验操作及数据记录

我和我同学的实验操作步骤如下：（1）正式实验之前，使用秤确定长方形木塊的具体重力，记录相关数据，并根据改进之后的装置即图2安装实验仪器。固定好弹簧测力计的一端，调整其方向及刻度并将电动机置于合适的位置，用细线连接带有木板的小车与电动机、弹簧测力计自由端与长方形木块，放置长方形木块于矩形木板上，并确定弹簧测力计与竖直方向的细线处于与桌面垂直的状态、水平方向的细线与桌面及矩形木板保持水平状态、所有仪器稳定不动时弹簧测力计指针指向零刻度线且受垂直向细线的拉力作用。（2）开启电动机，并控制电动机速度，使其拉动小车做匀速直线运动，弹簧测力计指针稳定后，读数并记录对应数据，此时，长方形木块上方不放置任何钩码。（3）关闭电动机，并对小车进行复位。（4）依次将两个、四个、六个钩码置于长方形木块上，重复步骤2。（5）选择合适的方法对所记录数据进行处理，并得出摩擦力与压力之间的关系曲线图，如下图3所示。

下表1是我们做的数据记录。

三、实验结果分析与讨论

我从得出的摩擦力与压力之间的关系曲线图得到，压力与摩擦力为线性关系。至于图3关系式中的0.0028，则为误差。在误差逐渐趋向于0的情况下，压力与摩擦力成正比关系，当压力增大时，物体的摩擦力也随之增大。反过来，当压力减小时，物体的摩擦力也随之减小。另外，我的一个同学并没有做相应的关系曲线图，而是通过表1中记录的数据分析压力与摩擦力之间的关系。同学说：“从表1中明显可以看到，弹簧测力计的读数随着所添加钩码数量的增多而呈递增趋势。此外，无论是没有添加钩码，还是添加了两个钩码，亦或者是添加了四个、六个钩码，压力与测力计读数的比值都是接近相同的。因此，我得出的结论是，压力与摩擦力之间的关系为正比例关系。你们之所以做图像，只是因为相较于一堆数据，图像更加直观罢了。”

结语

综上所述，要改进“探究摩擦力与压力大小关系”的实验方案，应当打破传统思维定式，脱离教材的局限，找出教材实验方案中存在的不足之处，在充分考虑当前的实验条件的情况下，利用现有实验装置对其进行有效弥补。值得注意的是，我们在改进实验的过程中，应当充分发挥自己的主观能动性，尝试通过观察实验现象、处理实验数据自己总结有关结论。

参考文献

[1]张安，陈新光. 改进“探究摩擦力与压力大小关系”的实验方案[J]. 物理教学探讨，2015，33（04）：75-77.

[2]辛建英. 影响摩擦力大小因素实验的分析与改进[J]. 中学物理教学参考，2017，46（10）：95-96.