孫洋 王林

【摘要】為了探究有關(guān)摩擦力的實(shí)驗(yàn)，對(duì)TH-2175型摩擦力演示器進(jìn)行研究。通過(guò)搖動(dòng)搖桿可以直接顯示出滑塊與摩擦面間的摩擦力。不僅可以直接地觀(guān)察到靜摩擦力、最大靜摩擦力以及滑動(dòng)摩擦力的大小關(guān)系，還可直觀(guān)地顯示出物體間摩擦力的漸變過(guò)程。并可以通過(guò)改變正壓力及接觸面粗糙程度等探究影響摩擦力大小的因素。

【關(guān)鍵詞】靜摩擦力 摩擦力 滑動(dòng)摩擦力

【中圖分類(lèi)號(hào)】G633.7 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2015）14-0073-02

傳統(tǒng)的演示實(shí)驗(yàn)是用彈簧測(cè)力計(jì)拉著物塊做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，測(cè)力計(jì)示數(shù)可以顯示摩擦力的數(shù)值。但在實(shí)驗(yàn)中測(cè)力計(jì)的示數(shù)容易變化，會(huì)忽大忽小，因此容易給讀數(shù)帶來(lái)一定程度的困難。[1]而TH-2175型摩擦力演示儀可以避免傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的弊端：彈簧測(cè)力計(jì)通過(guò)滑輪與物塊相連，只要?jiǎng)蛩俎D(zhuǎn)動(dòng)搖柄拖動(dòng)物塊，就能很直觀(guān)地觀(guān)察到彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)變化。這樣做消除了不易觀(guān)察、讀數(shù)難、可見(jiàn)度差的缺點(diǎn)，同時(shí)也大大減少了系統(tǒng)誤差，解決了長(zhǎng)期以來(lái)摩擦力演示上的難點(diǎn)。

1 實(shí)驗(yàn)裝置及原理

1.1實(shí)驗(yàn)裝置

如圖，TH-2175型摩擦力演示器由彈簧測(cè)力計(jì)（量程1N，最小分度值0.1N）、搖柄、底座、絲桿、摩擦塊、摩擦面組成。

1.2實(shí)驗(yàn)原理

與傳統(tǒng)的摩擦力演示裝置不同，TH-2175型摩擦力演示器將彈簧測(cè)力計(jì)垂直固定于絲桿之上，通過(guò)滑輪與物塊相連，絲桿又與右側(cè)的搖柄相連。通過(guò)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)搖柄，給物塊一個(gè)水平向右的力，彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)就會(huì)發(fā)生變化，通過(guò)觀(guān)察記錄彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)，在物塊與摩擦面保持相對(duì)靜止時(shí)，可以測(cè)得物塊所受到的靜摩擦力；當(dāng)物塊開(kāi)始滑動(dòng)后，可以測(cè)得物塊所受到的滑動(dòng)摩擦力大小。其中還有兩點(diǎn)注意事項(xiàng)：

（1）絲桿行程不能小于120mm，否則會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

（2）物塊的重量要考慮在內(nèi)，會(huì)影響摩擦力大小。

2 實(shí)驗(yàn)步驟

（1）組裝儀器：用兩個(gè)螺絲釘將彈簧測(cè)力計(jì)固定在絲桿上，用白色細(xì)線(xiàn)將滑塊、滑輪和彈簧秤連接起來(lái)。

（2）用托盤(pán)天平稱(chēng)出物塊的質(zhì)量，記錄數(shù)據(jù)。

（3）將絲桿調(diào)到最右端，將物塊平放在摩擦面上，使線(xiàn)拉直。

（4）緩慢旋轉(zhuǎn)搖柄，彈簧秤隨絲桿移動(dòng)，對(duì)物塊的拉力逐漸增大，記錄彈簧秤示數(shù)增大情況示數(shù)。

（5）繼續(xù)旋轉(zhuǎn)搖柄，讀取最大靜摩擦力。

（6）繼續(xù)旋轉(zhuǎn)搖柄，讀取滑動(dòng)摩擦力大小。

（7）在摩擦塊上的槽里依次放入250g、350g、450g的砝碼，重復(fù)上面的實(shí)驗(yàn)。

（8）分別將毛巾和A4紙放在摩擦面上鋪好，夾緊，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)。

（9）將摩擦塊面積小的一面朝下，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，記錄數(shù)據(jù)。

3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

150g

當(dāng)摩擦系數(shù)一定（物塊直接放在摩擦面上），改變砝碼質(zhì)量，測(cè)量數(shù)據(jù)如下：

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后可以得出結(jié)論：靜摩擦力隨拉力的增大而增大，但靜摩擦力的增大有一個(gè)限度，其最大值數(shù)值上等于物體剛剛開(kāi)始運(yùn)動(dòng)的拉力，這個(gè)最大值稱(chēng)為最大靜摩擦力。滑動(dòng)摩擦力小于等于最大靜摩擦力。摩擦面的滑動(dòng)摩擦系數(shù)

5 實(shí)驗(yàn)的優(yōu)缺點(diǎn)

5.1優(yōu)點(diǎn)

（1）該演示器集多重演示功能于一體，可以非常直觀(guān)地演示摩擦力的方向，并且能夠探究滑動(dòng)摩擦力大小與正壓力、接觸面粗糙程度、運(yùn)動(dòng)速度、接觸面積的關(guān)系，探究比較滑動(dòng)摩擦與靜摩擦的大小關(guān)系等，因此教學(xué)效果顯著。[2]

（2）通過(guò)手搖搖柄拖動(dòng)物塊，彈簧秤豎直放置，方便同學(xué)更直觀(guān)的觀(guān)察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，比傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)效果更好。

5.2 缺點(diǎn)

（1）滑輪會(huì)損耗一部分的機(jī)械能，因此實(shí)驗(yàn)得到的摩擦力比實(shí)際值偏小。

（2）木塊在滑動(dòng)過(guò)程中容易偏離直線(xiàn)軌道，不一定沿直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。

（3）手搖搖柄也并不能完全保證物塊勻速運(yùn)動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生誤差。

（4）毛巾容易隨著物塊的滑動(dòng)隆起，這會(huì)對(duì)物塊的滑動(dòng)起到阻礙，影響數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

改進(jìn)方法：

（1）將繩子剪短，減小機(jī)械能的損耗。

（2）可以用砂紙代替毛巾。砂紙的接觸面很粗糙，并且不容易隨著物塊的滑動(dòng)發(fā)生運(yùn)動(dòng)，現(xiàn)象會(huì)更加明顯和準(zhǔn)確。

6 結(jié)束語(yǔ)：

TH-2175型靜摩擦力演示器將將彈簧測(cè)力計(jì)豎立，并與絲桿、滑輪進(jìn)行結(jié)合，通過(guò)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)搖桿增大拉力，這是本實(shí)驗(yàn)儀器的創(chuàng)新點(diǎn)。本實(shí)驗(yàn)效果直觀(guān)，可以幫助學(xué)生掌握摩擦力的產(chǎn)生條件和影響因素。利用該演示器不僅可以探究靜摩擦力和滑動(dòng)摩擦力的產(chǎn)生及演變過(guò)程，還可以探究影響滑動(dòng)摩擦力大小的多個(gè)因素，實(shí)驗(yàn)功能齊全。通過(guò)表格記錄摩擦力，可以很好地對(duì)比最大靜摩擦力和滑動(dòng)摩擦力的大小關(guān)系。

參考文獻(xiàn)：

[1]物理實(shí)驗(yàn)中的測(cè)量、估讀與誤差[J]. 中學(xué)物理教學(xué)參考.1998年05期

[2] 徐高本.學(xué)習(xí)滑動(dòng)摩擦力應(yīng)弄清的“四個(gè)關(guān)系”[J].數(shù)理化學(xué)習(xí)（高中版）.2010（19）