探讨测定动摩擦因素实验的几种方法

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1、探讨测定动摩擦因素实验的几种方法刘文怀浙江省丽水市松阳一中浙江丽水323400摘要：摩擦力的学习要重于感受和体验，要重视学生对摩擦力知识框架的主动建构。通过对动摩擦因素的测定，可以让学生感受摩擦力的存在，了解摩擦力对物体运动起的作用，培养学生用实验探知物理原理的习惯；通过实验熟悉各种器材的使用，拓展实验仪器的使用范围有利于学生开展研究性学习，为学生自主探求知识打下基础。关键词：动摩擦因素摩擦力滑动摩擦力测定方法摩擦力是高中物理教学的重要内容，也是物理高考的热点。人教版普通高中课程标准实验教科书《物理》必修本，对摩擦力知识的编排、内

2、容的呈现要求我们在教学过程中要注重学生对摩擦力的感受和体验，并重视对摩擦力知识框架的主动建构。在我们身边摩擦力可说无处不在、实例很多，但要科学的认识摩擦力的知识体系，理解摩擦力产生于相对运动或相对运动趋势、滑动摩擦力和静摩擦力之间的区别以及发生相互转变的现象，明确滑动摩擦力大小由什么因素决定等问题，最好的方法就是通过实验探究。测定动摩擦因素实验就是其中重要的实验，通过本实验可以感受物体接触面之间摩擦力的存在，探究摩擦力大小的决定因素，以感性的实践方式探究理性的问题，便于学生建构完整的摩擦力知识体系，下面就几种测定动摩擦因素方法的特

3、点进行探索分析。F弹簧秤图（1）1、传统的测定动摩擦因素实验方法。在传统教学中，测定动摩擦因素的方法如图（1）所示，物块放在水平木板上，用弹簧秤拉动物块沿水平方向做匀速直线运动，读出弹簧秤的读数F。根据力的平衡条件，物块受到的滑动摩擦力大小等于弹簧秤对物块的拉力，即Ff=F。用弹簧秤测出物块的重力G，因为物块对木板的压力FN=G，根据Ff=μFN，则有：。评析：此方法测动摩擦因素的优点是：原理简单清晰、方法简便；直接感受滑动摩擦力的存在；对摩擦力和动摩擦因素有感性、形象的认识；在刚要拉动时，能感受到静摩擦力以及静摩擦向滑动摩擦转变

4、的现象；增大物块的重力或对物块施加一个压力，滑动摩擦力增大，可以体验滑动摩擦力与正压力成正比的原理；还可以探究不同材料接触面的动摩擦因素，认识动摩擦因素与接触面的材料有关的事实；对初学摩擦力的学生深入理解摩擦力的知识体系和建构摩擦力的知识框架有非常重要的意义。该方法的不足之处是：在用手拉动弹簧秤过程中，很难保证物块做匀速直线运动，增大实验的系统误差，降低学生对实验结论的认可度；在拉动中对弹簧秤的读数较为困难，增大读数的人为误差，影响实验的准确程度。2、利用动能定理测动摩擦因素（此方法在《物理教师》2006年第5期56页《巧测动摩擦

5、因素》中有介绍）。如图（2）所示，两块粗糙程度相同的木板AD、CD组成斜面和水平面，斜面的倾角为θ，D为两板的连接处（光滑且圆滑，物块在此处运动不损失机械能）。AθhBDLS1CS2图（2）实验原理：将物块放在A点，让它自由下滑，物块停止在水平木板的C点。根据动能定理得：物块从A运动到C时，重力和摩擦力做的总功为0，则有：。用刻度尺测出A点到A点在CD所在平面的投影B的高度差h和B到C电的水平距离L，由于，，因此。特点分析：本实验方法的优点是：实验装置组成简单、器材选择方便，适用于学生实验或学生自主探究；测量所用的工具是学生最常见

6、的刻度尺，操作简便；学生读取数据的方法熟悉准确，可以减小人为造成的误差；通过实验让学生练习应用动能定理解决问题，加深对动能定理的理解、提升对动能定理的应用能力。不足之处是：物块运动到装置中两板的连接处D点时，不可能做到无机械能损失，使得实验误差较大；学生不能直接体验到摩擦力的存在，无法感知滑动摩擦力的大与压力大小和动摩擦因素之间的关系；从教材编排来看，动能定理应在摩擦力的教学之后学习，学生初学摩擦力不适用本方法探究。纸带打点计时器物块钩码图（3）3、利用打点计时器和运动学规律测动摩擦因素。如图（3）所示，打点计时器固定在带有定滑轮

7、的长木板的左端，物块靠近打点计时器放在长木板上，左侧固定一条纸带并穿过打点计时器，右边栓着细绳跨过长木板右端的定滑轮，绳子末端挂有一个托盘。6543210S6S5S4S3S2S1图（4）实验过程和原理：打点计时器接入电源，用手压住物块，在托盘上放置一个质量为m的钩码；接通电源，放开物块，使物块做匀加速直线运动，打点计时器记录纸带如图（4）。打点周期T＝0.02s，根据匀变速运动的规律，相邻的时间间隔的位移之差，运用逐差法求解物块做匀加速运动的加速度：；；，则加速度的平均值，测量物块的质量为M，根据牛顿定律得，，所以，实验分析：该方

8、法的优点是：原理清楚、方法明确、操作的条理性强；用打点计时器记录准确、用逐差法处理数据，减小了实验的人为误差，提高实验结论的可信度；适当增大钩码的质量m和物块的质量M，可以减小实验操作的系统误差；利用牛顿第二定律和匀变速运动的特点为原理探测动摩擦因