中學(xué)物理中的摩擦力演示裝置

摘要：介紹了靜摩擦力、滑動(dòng)摩擦力演示裝置，說(shuō)明了其制作和演示方法。

關(guān)鍵詞：摩擦力；演示裝置；制作方法

摩擦力是一種重要性質(zhì)的力，在學(xué)習(xí)摩擦力知識(shí)及分析摩擦力方向的練習(xí)中，很多中學(xué)生感到有一定的困難。教師在摩擦力受力分析講解過(guò)程中，如果能有一個(gè)方便操作的摩擦力演示裝置，能夠?qū)⒛Σ亮Φ拇笮『头较蛑庇^地顯示出來(lái)，更有利于學(xué)生的學(xué)習(xí)和正確的思維形成。筆者通過(guò)反復(fù)研究發(fā)現(xiàn)，利用木塊、力學(xué)小車(chē)的滾輪和輕質(zhì)彈簧等材料，可以制成摩擦力演示裝置。該裝置取材容易，制作簡(jiǎn)單、演示直觀、操作方便、現(xiàn)象明顯，適用于靜摩擦力和滑動(dòng)摩擦力的演示。現(xiàn)將該裝置的制作和使用方法介紹如下。

一、 裝置結(jié)構(gòu)及原理

如圖1所示，摩擦力演示裝置結(jié)構(gòu)分上下兩個(gè)部分，上部為小車(chē)、彈簧，下部為墊板。彈簧兩端固定在小車(chē)下部，彈簧中間與墊板上的鐵釘固定，通過(guò)彈簧和鐵釘?shù)倪B接，使得上下兩部分構(gòu)成一個(gè)整體。墊板質(zhì)量較小，整個(gè)裝置質(zhì)量近似等于小車(chē)質(zhì)量。由于小車(chē)底部的滾輪在墊板光滑的上表面上滾動(dòng)摩擦力很小，可以忽略不計(jì)。當(dāng)外力作用在裝置（小車(chē)）上時(shí)，裝置在支持面上存在相對(duì)滑動(dòng)或相對(duì)滑動(dòng)趨勢(shì)，小車(chē)會(huì)在墊板上移動(dòng)，造成固定在鐵釘上的彈簧一邊收縮，另一邊被拉長(zhǎng)，通過(guò)鐵釘上指針，便可讀出滑動(dòng)摩擦力或靜摩擦力的大小和方向。

二、 制作材料

帶靈活滾輪的力學(xué)小車(chē)1輛，40 cm×8 cm×2 cm長(zhǎng)木板1塊，8 cm×8 cm×1 cm方木板1塊，40 cm×9 cm三合板1塊，原長(zhǎng)約為7 cm的輕細(xì)彈簧（勁度系數(shù)約為25 N/m）1根，細(xì)金屬掛鉤4個(gè)，鐵釘、鐵絲、木工膠若干。

三、 制作步驟

1. 制作小車(chē)：將長(zhǎng)木板截為長(zhǎng)為26 cm，7 cm，7 cm的三塊，釘制成26 cm×8 cm×9 cm的“小板凳”，并取下力學(xué)小車(chē)的輪子，安裝在“小板凳”的前后“腳”上（如上圖所示），制成一個(gè)下方有空腔的能靈活滾動(dòng)的小車(chē)。另外，在小車(chē)前后內(nèi)外安裝上四個(gè)掛鉤，便于安裝彈簧和拉動(dòng)施力。

2. 安裝彈簧：選取合適的彈簧，將彈簧兩端掛在小車(chē)空腔內(nèi)的掛鉤上，彈簧將被拉長(zhǎng)，螺旋間有一定的間隙。也可用橡皮筋取代彈簧。

3. 制作墊板：在方木板中央垂直釘入5 cm左右的大鐵釘，使鐵釘尾部完全鑲?cè)肽景謇铩Ｓ媚竟つz將方木塊粘在三合板較為光滑的一面正中間，三合板較為粗糙的一面作為整個(gè)專(zhuān)制的摩擦面。

4. 連接固定：將小車(chē)平放在墊板的正上方，用細(xì)鐵絲將彈簧與鐵釘垂直固定。

5. 制作指針：從金屬易拉罐上剪取細(xì)長(zhǎng)的薄金屬皮，使其一端固定在彈簧上方的鐵釘上，另外一端拉出并向上彎折，再修剪上色，做成彈簧測(cè)力指針。

6. 標(biāo)上刻度：在指針同一邊，長(zhǎng)木塊的側(cè)面，通過(guò)測(cè)力計(jì)拉小車(chē)，定量地標(biāo)畫(huà)出刻度、數(shù)值。

四、 使用方法

以墊板的粗糙面為摩擦面（研究對(duì)象），該面所受的靜摩擦力或滑動(dòng)摩擦力的大小可由指針直接讀出；指針偏離平衡位置的方向與該摩擦力方向始終一致。

1. 滑動(dòng)摩擦力與正壓力成正比實(shí)驗(yàn)。如圖2所示，在裝置上放上配重物體，可進(jìn)行“摩擦面不變，正壓力增大，最大靜摩擦力也增大”的定性演示，也可以進(jìn)行“滑動(dòng)摩擦力與正壓力成正比”的定量實(shí)驗(yàn)。

2. 垂直疊加的兩物體之間摩擦力演示。①如圖3，4所示為拉力分別作用在上、下不同的物體，兩物體均保持靜止，兩物體間的靜摩擦力的演示。②如圖5，6所示，拉力分別作用在上、下不同的物體，兩物體保持相對(duì)靜止且一起啟動(dòng)加速，兩物體間的靜摩擦力的演示。

3. 組合兩個(gè)摩擦力演示裝置，進(jìn)行部分習(xí)題的實(shí)驗(yàn)演示。可將兩個(gè)摩擦力演示裝置連接組合在一起，進(jìn)行相關(guān)習(xí)題的實(shí)驗(yàn)演示。如圖7所示為被豎直夾擠的物體受靜摩擦力的演示，配合教師的講解分析，更加直觀生動(dòng)，達(dá)到事半功倍的效果。

（1.河北固安一中；2，3.泊頭師范學(xué)校）