滑动摩擦力测量方法的改进

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  摩擦力作为中学阶段的重点内容,同时也是一個难点。由于摩擦力内容的复杂性,本节内容实质上是一堂科学探究课。初中阶段我们重点探究滑动摩擦力,通过实验一方面可让学生明确感受到滑动摩擦力的存在并能学会如何精准测量摩擦力,另一方面还可让学生掌握决定滑动摩擦力的大小的因素。本文就“探究影响滑动摩擦力大小的因素”实验方法的特点进行探索分析。
  一 、探究影响滑动摩擦力大小因素的实验
  选用实验器材:
  带挂钩的长方体木块、量程为0—1N的弹簧测力计(精确度高,可视性强)、粗糙程度均匀的长方形木板、毛巾、金属钩码。
  实验方法:运用控制变量法,在水平面上用弹簧测力计拉着长方形木块分别在木板和毛巾上做匀速直线运动,木块在水平方向上受到弹簧测力计的拉力和木板给它的滑动摩擦力是一对平衡力,木块处于二力平衡状态,此时弹簧测力计的示数大小等于滑动摩擦力的大小。
  实验步骤:
  1.用弹簧测力计拉着木块在比较光滑且粗糙程度均匀的长木板上做匀速直线运动(方法:可缓慢地拉动木块,近似于让木块做匀速直线运动),记录下此时弹簧测力计的示数。
  2.在木块上放上一个50g的金属钩码,用弹簧测力计拉着木块在木板上做匀速直线运动(方法同上),记录下弹簧测力计此时的示数。
  3.在木板上铺上毛巾,取下钩码,用弹簧测力计拉着木块在毛巾上做匀速直线动(方法同上)。
  实验结论:由1、2两步可知在接触面粗糙程度一定的情况下,压力越大,滑动摩擦力越大:由1、3两步可知在压力一定的情况下,接触面越粗糙,滑动摩擦力越大。
  此方法测量滑动摩擦力的优点:原理清晰,方法简洁,能直观感受到滑动摩擦力的存在并能测量出其大小。
  不足之处:实验中很难保证木块做匀速直线运动;弹簧测力计随着木块一起运动,读数受视线影响,影响实验数据的精准性。
  针对原始实验中存在的问题及上面的改进方法中仍然存在的不足,我们提出如下改进办法。
  二、改进实验一
  选用实验器材:空气吸盘、带挂钩木块、质量50g的钩码、毛巾、量程0—1N的弹簧测力计、白纸条。
  实验方法:将白纸放在水平面上,弹簧测力计的一端固定,另一端挂在木板上。用外力拉动白纸,使木块和白纸之间发生相对运动,弹簧测力计的示数大小就等于滑动摩擦力的大小。
  实验步骤:
  1.弹簧测力计的一端固定,另一端拉着木块,用沿弹簧测力计轴线方向的外力缓慢拉动白纸,使木块、白纸间发生相对运动,记下此时弹簧测力计的示数。
  2.在木块上放上一个50g的金属钩码,用沿弹簧测力计轴线方向的外力缓慢拉动白纸,使木块、白纸间产生相对运动,记下弹簧测力计的时速。
  3.取下钩码,在白纸上铺上毛巾,用沿弹簧测力计轴线方向的外力缓慢拉动毛巾,使木块、毛巾间产生相对运动,记录下此时弹簧测力计的示数。
  实验结论:由1、2步可得在接触面粗糙程度一定的情况下,压力越大滑动摩擦力越大:由1、3步可知在压力一定的情况下,接触面越粗糙滑动摩擦力越大。
  改进实验相比原实验的优点:
  一是弹簧测力计不动,使得读数不受视线影响更加精准;二是试验中采用外力拉动白纸,克服了原始实验必须用弹簧测力计拉着木块做匀速直线运动的繁琐和麻烦。三是白纸的表面更加均匀,动摩擦因数更为稳定。四是用白纸代替木板,节约材料,同时实验结束白纸可作它用,绿色环保,体现绿色课堂。
  三、改进实验二
  随着数字化资源在各领域的广泛应用,加之在现代教学中也有所涉及,相信数字化资源在未来教学中频繁使用会是一种必然趋势。现以我校现有数字化资源为例阐述如何运用数字化教学资源对本实验进行改进探究:
  选用实验器材:力学传感器、摩擦力试验器、计算机、数据采集器、胜昔eLab实验软件。
  实验方法:通过传感器采集具体数据并显示图像,分析数据和图像得到滑动摩擦力和压力、滑动摩擦力和接触面积粗糙程度的干系。
  实验步骤:
  1.将双向力传感器接入数据采集器,并用细线与摩擦力试验器的木块相连。
  2.点击胜昔专用软件主页面上的实验条目“探究摩擦力的变化规律”,打开该软件。
  3.点击“开始实验”,对力传感器进行软件调零。
  4.把木块放在木板上,开启电动机拉动木块,使木块与力传感器间的绳由松变紧,点击“停止记录”,观察实验曲线。
  5.在木块上放置50g的钩码,开启电动机拉动木块,重做上述实验,点击“停止记录”,观察实验曲线。
  6.在木板上铺上布条,改变接触面的粗糙程度,重复实验,观察得到的实验曲线。
  7.分析图线绘制表格(可通过观察蓝线的高低对力的大小做出判断),从而得出结论。
  分析:第四步中,木板比较光滑,在木块上也没有放钩码,滑动摩擦力比较小,图上显示几乎和横轴重合;第五步,在木块上放了钩码,可以看到滑动摩擦力变化明显;第六步,不放钩码,但在木板上铺毛巾,滑动摩擦力变化也较第四步明显,较第五步小。
  结论:接触面粗糙程度一定时,压力越大,滑动摩擦力越大:压力一定时,接触面越粗糙,滑动摩擦力越大。
  四、结语
  滑动摩擦力是初中物理中的重要内容,“探究影响滑动摩擦力大小因素”的实验对学习滑动摩擦力有着很大的帮助。本文在课本及各种教参对这个实验的改进基础上再次改进,使实验操作更加简便、数据更加精准,同时还运用了数字化探究进行实验,这是传统教学中的一次创新,让数字化教学与信息技术教学融入了课堂。
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