摩擦力趣味實(shí)驗(yàn)兩例

吳國勇

(阜寧高等師范學(xué)校江蘇 鹽城224001)

收稿日期：(2014-08-16)

1一紙“托” 千斤

靜摩擦力發(fā)揮的作用，學(xué)生的認(rèn)識(shí)并不深刻，因?yàn)檫@個(gè)力比較隱蔽.其實(shí)，在生活中靜摩擦發(fā)揮了巨大的作用，如人走路、車輛行駛、手握東西、繩子打結(jié)等等都離不開靜摩擦力，沒有靜摩擦力，我們就寸步難行.為了加深學(xué)生對(duì)靜摩擦力的感性認(rèn)識(shí)，筆者創(chuàng)設(shè)了多種靜摩擦力趣味教學(xué)情境.一紙“托”千斤就是其中的一個(gè)例子.

一紙“托” 千斤演示器主要由母架(圖1)和子架(圖2)兩部分組成.母架的中心是一段長約60 cm的豎直圓管，把它叫做母管①.子架的上方是圓板⑦，圓板的正下方連有長約20 cm的細(xì)圓管(圓板與細(xì)圓管的中心軸線重合)，把它叫做子管⑧，子管的下端是封閉的.

圖1　演示器母架 圖2　演示器子架

方法：先把母架舉起來，讓學(xué)生看清楚母管內(nèi)是空的,如圖3所示.

圖3　舉起母架展示

當(dāng)將子架的子管穿進(jìn)母管后，子架的圓板壓在母管的管口上.然后抽出子架，用一張A4復(fù)印紙將母管的下端管口包裹起來，并用包扎帶系緊.將母架底座放在水平地面上，把粗沙從母管的上管口緩緩的灌入，當(dāng)沙子至母管的上管口約10 cm處時(shí)，停止灌沙，再把子架的子管插進(jìn)母管，緩慢用力向下壓圓板，將母管內(nèi)的沙子壓實(shí).現(xiàn)在把一個(gè)學(xué)生托扶到子架的圓板上，奇跡出現(xiàn)了.雖然子架上站著一個(gè)學(xué)生，但子架并沒有下降，裹紙也完好無損,如圖4所示，確似“一紙托千斤”！

圖4　學(xué)生蹲在子架的圓盤上

原理:學(xué)生真的是由一張紙托起來的嗎？其實(shí)是母管內(nèi)的粗沙被擠壓時(shí)，與母管內(nèi)壁產(chǎn)生的靜摩擦力在暗中幫了大忙.為了充分展示沙子與母管產(chǎn)生的靜摩擦力的威力，在子架的圓板上放一塊長木板，讓兩個(gè)學(xué)生站到木板上，子架仍然停留在原來的高度，母管下端的裹紙也安然無恙.

當(dāng)卸下木板，解開裹紙后，只有少量的沙子自動(dòng)掉下來，停留在母管內(nèi)的沙子需用力敲擊后才會(huì)掉下來.精彩、生動(dòng)、明了、有趣的靜摩擦力實(shí)驗(yàn)情境，給學(xué)生留下了深刻的印象，同時(shí)使學(xué)生明白一個(gè)道理，一粒沙子與管壁產(chǎn)生的靜摩擦力是微不足道的，但大量沙子與管壁產(chǎn)生的靜摩擦力就非?？捎^了，積羽可以沉舟??！

2直線紙邊托硬幣

將一枚硬幣橫臥在豎立的紙幣直線邊上，對(duì)沒有掌握技巧的學(xué)生來說，確實(shí)是很難實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)橐粡埣埰暮穸炔坏?.1 mm，要使硬幣的重心線恰好落在這條直線紙邊上，談何容易？

方法：將紙幣成弧線形豎立在桌面上，然后將硬幣輕放在紙幣的上邊弧線處，再捏住紙幣的兩端，緩慢地將紙幣拉直，當(dāng)紙幣被拉成一平直的豎立平面時(shí)，硬幣在紙幣的直線邊上穩(wěn)穩(wěn)地臥著,如圖5所示.

圖5

原理：緩慢地將紙幣拉直的過程中，硬幣與紙幣之間的摩擦力直接影響硬幣在紙幣邊上的移動(dòng)，摩擦力較小的部位，壓力也較小，說明這部分偏離硬幣的重心線較遠(yuǎn)，在拉力的作用下這部分先移動(dòng)，向重心線靠近，當(dāng)這部分比其他部分接近重心線時(shí)，受到的摩擦力又比其他部分的大，這部分就暫停移動(dòng)，其他部分又開始移動(dòng)，就這樣不斷地交替移動(dòng)，直至紙幣邊拉直，硬幣的重心線剛好與紙幣的直線邊重合.硬幣便穩(wěn)穩(wěn)地橫臥在紙幣的直線邊上.

以上兩個(gè)演示實(shí)驗(yàn)學(xué)生很感興趣，便于學(xué)生體驗(yàn)，能有效調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性.