高中物理实验中摩擦力的影响因素的实践研究

易维华

摘要：“探究影响摩擦力因素的实验调查”在教材中的设计存在不足，应根据情况进行改进。

关键词：探究;摩擦力;影响因素

1物理实验中摩擦力的影响因素

高中物理中非常重要的实验，旨在找出影响滑动摩擦的因素。但是，当以教科书方式进行实验时，不仅操作困难，而且会引起较大的误差。经过笔者的仔细思考，实验设计有两个主要缺点：

（1）根据二力平衡状态下，仅当弹簧在水平方向上拉动木块进行迅速直线运动时，木块才能保持平衡状态，受到平衡力，此时，摩擦力的大小等于弹簧力测力计的示数，所以实验者需要用手拉着弹簧测力計拉动木块做迅速直线运动，但不仅学生，就算是老师，也很难保证拉动过程中木块是做迅速直线运动，木块速度很难控制，读取示数时也可能发生误差。

（2）由于弹簧测力计的设计是竖向的，因为弹簧压力计这样进行设计主要是为了方便调零。如果使用竖向弹簧测力计来测量水平力，则实验者稍微用了一点力拉动测力计，那么测力计的值可能依然为零，测量值可能就会减小，这是因为弹簧本身是竖向的，由于弹簧自身重力会将指针向下拉动，因此，如果水平测量，重力将不起作用。但是，由于水平调零时没有力来拉动测力计，因此很难精确地调整零位。因此，这是竖向弹簧测力计进行水平测量实验中产生误差的原因之一。由于这两个原因，可以肯定的是，不仅进行实验很困难，而且还存在严重的误差，因此必须对实验装置进行必要的改进[1]。

2传统实验中存在的问题

2.1实验中显示出的滑动摩擦力发生变化

在试验过程中，如果木板无法连续移动，而是有时快有时慢，快速或缓慢移动，虽然物块相对于地面来说是静止的，但是它会随着木板运动状态变化实际上也会相对于地面发生变化。但是，这种变化很小，实验者没有意识到这一点，并认为木块是相对于地面静止的，但是传感器可以清楚地将由于微小形变引起的弹力变化表示出来。因此，我们观察到实验中显示的滑动摩擦图像随时间发生了变化。

2.2实验数据不过原点及滑动摩擦力随物体间相对运动加快而增大

实验发现，在以下条件下产生的滑动摩擦压力图像不会与原点相交。

（1）如果接触面是布（毛巾），仅铺在木板表面上且用图钉固定，则可以看出，在处理实验数据后滑动摩擦力图像将没有通过原点，分析的原因很可能是在木板和布（毛巾）表面由于木板与布（毛巾）的表面阻力变大，摩擦力偏大，因此，即使在相同压力下，导致摩擦力偏大不经过原点，当两个对象之间的相对运动速度较大时，由于布料（毛巾）增加两个接触面之间的阻力。因此，滑动摩擦力会随着相对运动速度加快增大，所以不会经过原点[2]。

（2）如果接触面是木板表面，也会发生上述现象。仔细观察表明，两块板的表面不是很光滑。因此，在两个物体之间的相对运动期间，摩擦力也改变，并且摩擦力随着两个物体之间的相对运动速度的增加而增加。

（3）如果在实验过程中保持接触面光滑，如果由于增加配重而导致物体重心发生变化，则图像将不会经过原点，通过观察，可以看到，如果重物的重心不在物体的中心，则物体的滑动摩擦力会随位置变化而变化，因此，传感器提供的数据实际上与物体受到的摩擦力不同。

（4）在使用相同实验装置的干燥空气环境中，实验结果与当前的认识是一致的，但是该实验是在潮湿环境中进行的，并且发现了物体的滑动摩擦随着物块和木板之间相对运动的增加越来越大。

3改进实验方案

3.1实验器材与装置

3.1.1实验器材

实验过程中将会用到一个弹簧测力计，光滑表面的长木板，带槽的方木板，滑轮，轮轴各一个，白布条和长毛巾一条，砝码和细线。

3.1.2实验装置和原理（图1）

3.2实验操作步骤

3.2.1静摩擦力的特点探究

握住D轴手柄并扭转手柄，然后手柄的旋转力逐渐从零增加过程中，学生会注意到弹簧测力计的读数会增加，随着弹簧测力计示数的增加木块缓慢地进行运动，弹簧测力计的示数突然从最大值值下降到某一值，即在方木块A槽中放入砝码，重复上述实验，学生们可以发现，弹簧测力计示数正在增加，然后将长毛巾和白布条固定在长木板表面，重复实验步骤，学生可以看到弹簧测力计的最大读数变大。结论静摩擦力的大小是有范围的（0≤FmFmax），最大静摩擦力与静压力成正比，并且与接触表面的材料和粗糙度有关[3]。

3.2.2滑动摩擦力的特点

用力扭转手柄，并使木板缓慢移动，保持迅速直线运动，学生们会发现弹簧测力计示数为固定值，然后转动把手，木板以快速恒定的速度运动，学生们可以看到弹簧测力计的示数与较小速度运行时一致，没有改变，然后再不时扭转手柄，时木板做变速运动，学生可以看到测力计读数与恒定速率运行时一样，如果在方木板A槽中放置不均匀质量的砝码，再重复上面的实验步骤，学生可以看到弹簧测力计示数表达，在长木板的表面分别放置长白条和长毛巾，转动把手，让木板运动，学生可以看到弹簧测力计示数变大，结论滑动摩擦力的大小与静压力成正比，并且还与接触面和材料有关，但与木板运动状态无关。

3.2.3动摩擦因数的测定

使用弹簧测力计测量木块的重力，并使用图1中的装置测量木块与长板（或其他物体）之间的滑动摩擦，利用公式μ= 便可测出两物体之间的的动摩擦因数。

4结语

义务教育阶段的物理教育应该充满激情和活力。物理实验是离不开实际的，物理课堂也是这样，高中生更擅长于更好地观察事物，所以让学生多进行物理实验，他们不仅学习了知识，而且还帮助他们提高了实践和分析能力，并帮助培养学生的核心素养。

参考文献：

[1]刘伟武.“影响滑动摩擦力大小因素”的实验创新[J].湖南高中物理，2019，34 （10）：69+92.

[2]张钦泉.“研究影响滑动摩擦力大小的因素”的实验与改进[J].物理通报，2019 （S2）：102-105.

[3]宋波，徐永芝.探究影响滑动摩擦力大小因素的实验创新[J].中高中实验与装备，2018，28 （04）：46.