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摘 要：该试验装置应用动态平衡中“二力平衡”原理设计主要考虑学生在理解上的顺畅。该装置的动力系统通过轮轴实现，这样（一）是拉动滑块可缓慢平稳向前移动，（二）是利用轮轴摩擦的自锁功能实现了边演示边讲解的目的。该装置克服了教材以及同行在该项研究中的诸多弊端。该仪器制作简单，操作方便。
关键字：静摩擦力方向 滑动摩擦力 实验装置
学过高中物理的学生都知道，高中物理学的基础在于受力分析，受力分析的难点在于摩擦力的分析.摩擦力是力学中的三大性质力之一，正确认识摩擦力对后面知识的学习有着至关重要的作用.
在摩擦力这节课中，重点是研究滑动摩擦力，要求会计算其大小和判断其方向，难点是静摩擦力，尤其是静摩擦力的方向判断.教师试图将学生初中学过的相关概念与本节的内容有机地溶合在一起.教学中要力图从两种摩擦力的区别与联系出发，让学生从产生的条件、影响摩擦力大小的因素、范围及其计算来理解两种摩擦力的异同.在探究实验中我们充分利用初中学习过的二力平衡条件的知识，通过观察物体从不动到滑动过程静摩擦力随动力逐渐增大而增大的情况，在探究中去理解静摩擦力.对于动摩擦因数（如与接触面的粗糙程度、物体接触面的压力有关）教学中要适当考虑，不是要通过教师的说明，而是要通过具体的演示实验让学生充分感受后得出有关摩擦力的知识。
一、教材提供的摩擦力演示实验存在的问题
现使用的人教版初中教材和高中教材中均对摩擦力的教学提出不同层次的要求，针对这些要求我们对演示实验进行了研究和改进。以下是我们探究的过程和归纳的成果。
《初中的要求》：
1、摩擦力的大小与什么有关？
2、怎样利用有益的摩擦？
3、怎样减小有害的摩擦？
《高中的要求》：
1、掌握滑动摩擦力的大小（F=μFN）和方向
2、了解静摩擦的概念及静摩擦力的大小（0 对中学生来讲，理解摩擦力很复杂，其表现出“若有若无，方向不定”，“动中有静，静中有动”.故本人专门在讲解摩擦力的问题上做了实验研究，想通过实验的方式让学生进一步理解到摩擦力。
实验探究过程：通常研究滑动摩擦力大小与哪些因素有关的演示实验装置如图（1）所示，
其操作为：手握弹簧测力计匀速拉动木块，从而测出木块与长木板之间的摩擦力。实验过程中可以通过在木块上加砝码；在长木板上铺棉布、毛巾等方法来得出最后的结论。这一操作看起来容易，但存在三个问题：
1、即使滑块与木板都非常平整，也很难保证滑块做的是匀速直线运动。原因是手拉提供的拉力很难做到均匀。
2、读取弹簧秤示数难，因演示测力计刻度值较大，以及指针在变动读数。
3、准确做到弹簧测力计拉动滑块时方向始终保持水平有难度。
其它参考书中该试验的装置如图（2）所示，
原理是开始调节木板呈水平状态，再往桶里加沙子，直到用手轻推一下滑块，滑块能在木板上做匀速运动为止，此时摩擦力的大小等小桶加沙子的重力。
但这种设计，最大的问题是能否让滑块做匀速直线运动，且其调节操作过程比较烦琐，准确性也较差。
二、同行对该实验设计的优选。
图（1），图（2）的实验是基于“二力平衡”的原理来设计，是发生在运动中的“动态平衡”。而动态平衡的实现如果仅凭实验者的眼和手，这很难做到。于是我们从两个角度对实验设置进行了改进：
其一：放弃单凭眼和手，选用电机来提供拉力，滑块实现水平匀速运动。由于电机的转速比较稳定，在拉力不大的情况下，短时间滑块的运动可视为匀速直线运动。
例如：
图（3）装置把电机安装在木块内，电池和开关在外。
图（4）装置把电机固定在底板一侧。
图（3），图（4）装置虽然克服了手动的弊端，但都存在测力计悬空下坠对实验带来系统误差。
其二：放弃“动态平衡”，选择“静态平衡”；动态平衡不宜获得，我们能否在静态平衡上做文章打开这个难点呢？
图（5）装置利用重力拉动滑块下的木板，滑块和测力计相对静止，根据摩擦力的产生条件和牛顿第三定律分析此时测力计的示数就是滑块受到的摩擦力。这种设计实现了由动态平衡变为静态平衡，读数比较方便。但同样存在图（4）的问题：测力计悬空，细绳下坠，实验会带来系统误差……
借于以上的原因同行将测力计由水平状态改为竖直悬挂，使其对实验系统误差的影响进一步减小，如图（6）所示。
为了使实验现象明显，性能稳定，便于操作，易于观察，在实验器材的选用及其搭配组装的优化方面做了许多工作。有人认为图（6）的实验设计达到较佳，我认为图（6）的装置还可以进一步改进，其中有两点不足：
① 利用重力做动力在操作多有不便。
② 现有的弹簧测力计做演示观察，学生很难读数。
图（7）的实验装置比图（6）有了进一步的发展，电动机带动皮带轮逆时针匀速旋转，滑块达到动态平衡，可以得出滑动摩擦力的大小，不足点是控制电机转速较难，因而不易观察静摩擦的发展过程，以及获取最大静摩擦力的值。
我的最新设计是图（8）所示，
该装置应用“动态平衡”和“静态平衡”原理而制成。测力计用1N的弹簧根据“胡克定律”而制成，因刻度间距拉大，容易观察到力的变化。动力系统改为用轮轴来提供，实验操作中用力平稳缓慢，滑块运动比较理想，因轮轴间有一定的摩擦力故可起自锁功能，并且可以做到边演示边讲解（讲解演示，中间可停顿）。在滑块下部粘上不同的材料或是在木板上铺上其他粗糙材料，可比较影响摩擦力的因素。
使用时，先转动轮轴，滑块没有运动，但是弹簧却有实数，充分说明了静摩擦力的存在和其大小、方向，学生还可以观察到最大静摩擦力大于滑动摩擦力。
我的实验装置实物图如下
以上是我对整个摩擦力实验教具的研究过程，在研究的过程中，每个装置都有具体的实物模型，在应用和实验中不断改进，不断创新。现在所形成的最后实验教具在讲解摩擦力时可能仍然有一定的弊端，但相比之前的教具已有很大的改革创新。
其特点是：
1、 该试验装置应用动态平衡中“二力平衡”原理设计主要考虑学生在理解上的顺畅。
2、 该装置的动力系统通过轮轴实现，这样（一）是拉动滑块可缓慢平稳向前移动，（二）是利用轮轴摩擦的自锁功能实现了边演示边讲解的目的。
3、 该装置克服了教材以及同行在该项研究中的诸多弊端。该仪器制作简单，操作方便。
这个教具在演示方面还有不完美的地方，请广大读者以及同行给予批评指正。
关键字：静摩擦力方向 滑动摩擦力 实验装置
学过高中物理的学生都知道，高中物理学的基础在于受力分析，受力分析的难点在于摩擦力的分析.摩擦力是力学中的三大性质力之一，正确认识摩擦力对后面知识的学习有着至关重要的作用.
在摩擦力这节课中，重点是研究滑动摩擦力，要求会计算其大小和判断其方向，难点是静摩擦力，尤其是静摩擦力的方向判断.教师试图将学生初中学过的相关概念与本节的内容有机地溶合在一起.教学中要力图从两种摩擦力的区别与联系出发，让学生从产生的条件、影响摩擦力大小的因素、范围及其计算来理解两种摩擦力的异同.在探究实验中我们充分利用初中学习过的二力平衡条件的知识，通过观察物体从不动到滑动过程静摩擦力随动力逐渐增大而增大的情况，在探究中去理解静摩擦力.对于动摩擦因数（如与接触面的粗糙程度、物体接触面的压力有关）教学中要适当考虑，不是要通过教师的说明，而是要通过具体的演示实验让学生充分感受后得出有关摩擦力的知识。
一、教材提供的摩擦力演示实验存在的问题
现使用的人教版初中教材和高中教材中均对摩擦力的教学提出不同层次的要求，针对这些要求我们对演示实验进行了研究和改进。以下是我们探究的过程和归纳的成果。
《初中的要求》：
1、摩擦力的大小与什么有关？
2、怎样利用有益的摩擦？
3、怎样减小有害的摩擦？
《高中的要求》：
1、掌握滑动摩擦力的大小（F=μFN）和方向
2、了解静摩擦的概念及静摩擦力的大小（0
实验探究过程：通常研究滑动摩擦力大小与哪些因素有关的演示实验装置如图（1）所示，
其操作为：手握弹簧测力计匀速拉动木块，从而测出木块与长木板之间的摩擦力。实验过程中可以通过在木块上加砝码；在长木板上铺棉布、毛巾等方法来得出最后的结论。这一操作看起来容易，但存在三个问题：
1、即使滑块与木板都非常平整，也很难保证滑块做的是匀速直线运动。原因是手拉提供的拉力很难做到均匀。
2、读取弹簧秤示数难，因演示测力计刻度值较大，以及指针在变动读数。
3、准确做到弹簧测力计拉动滑块时方向始终保持水平有难度。
其它参考书中该试验的装置如图（2）所示，
原理是开始调节木板呈水平状态，再往桶里加沙子，直到用手轻推一下滑块，滑块能在木板上做匀速运动为止，此时摩擦力的大小等小桶加沙子的重力。
但这种设计，最大的问题是能否让滑块做匀速直线运动，且其调节操作过程比较烦琐，准确性也较差。
二、同行对该实验设计的优选。
图（1），图（2）的实验是基于“二力平衡”的原理来设计，是发生在运动中的“动态平衡”。而动态平衡的实现如果仅凭实验者的眼和手，这很难做到。于是我们从两个角度对实验设置进行了改进：
其一：放弃单凭眼和手，选用电机来提供拉力，滑块实现水平匀速运动。由于电机的转速比较稳定，在拉力不大的情况下，短时间滑块的运动可视为匀速直线运动。
例如：
图（3）装置把电机安装在木块内，电池和开关在外。
图（4）装置把电机固定在底板一侧。
图（3），图（4）装置虽然克服了手动的弊端，但都存在测力计悬空下坠对实验带来系统误差。
其二：放弃“动态平衡”，选择“静态平衡”；动态平衡不宜获得，我们能否在静态平衡上做文章打开这个难点呢？
图（5）装置利用重力拉动滑块下的木板，滑块和测力计相对静止，根据摩擦力的产生条件和牛顿第三定律分析此时测力计的示数就是滑块受到的摩擦力。这种设计实现了由动态平衡变为静态平衡，读数比较方便。但同样存在图（4）的问题：测力计悬空，细绳下坠，实验会带来系统误差……
借于以上的原因同行将测力计由水平状态改为竖直悬挂，使其对实验系统误差的影响进一步减小，如图（6）所示。
为了使实验现象明显，性能稳定，便于操作，易于观察，在实验器材的选用及其搭配组装的优化方面做了许多工作。有人认为图（6）的实验设计达到较佳，我认为图（6）的装置还可以进一步改进，其中有两点不足：
① 利用重力做动力在操作多有不便。
② 现有的弹簧测力计做演示观察，学生很难读数。
图（7）的实验装置比图（6）有了进一步的发展，电动机带动皮带轮逆时针匀速旋转，滑块达到动态平衡，可以得出滑动摩擦力的大小，不足点是控制电机转速较难，因而不易观察静摩擦的发展过程，以及获取最大静摩擦力的值。
我的最新设计是图（8）所示，
该装置应用“动态平衡”和“静态平衡”原理而制成。测力计用1N的弹簧根据“胡克定律”而制成，因刻度间距拉大，容易观察到力的变化。动力系统改为用轮轴来提供，实验操作中用力平稳缓慢，滑块运动比较理想，因轮轴间有一定的摩擦力故可起自锁功能，并且可以做到边演示边讲解（讲解演示，中间可停顿）。在滑块下部粘上不同的材料或是在木板上铺上其他粗糙材料，可比较影响摩擦力的因素。
使用时，先转动轮轴，滑块没有运动，但是弹簧却有实数，充分说明了静摩擦力的存在和其大小、方向，学生还可以观察到最大静摩擦力大于滑动摩擦力。
我的实验装置实物图如下
以上是我对整个摩擦力实验教具的研究过程，在研究的过程中，每个装置都有具体的实物模型，在应用和实验中不断改进，不断创新。现在所形成的最后实验教具在讲解摩擦力时可能仍然有一定的弊端，但相比之前的教具已有很大的改革创新。
其特点是：
1、 该试验装置应用动态平衡中“二力平衡”原理设计主要考虑学生在理解上的顺畅。
2、 该装置的动力系统通过轮轴实现，这样（一）是拉动滑块可缓慢平稳向前移动，（二）是利用轮轴摩擦的自锁功能实现了边演示边讲解的目的。
3、 该装置克服了教材以及同行在该项研究中的诸多弊端。该仪器制作简单，操作方便。
这个教具在演示方面还有不完美的地方，请广大读者以及同行给予批评指正。