自制摩擦力演示儀及實(shí)驗(yàn)操作

王連文

摘 要：摩擦力是高中物理的一個(gè)重要的知識(shí)點(diǎn)，在教學(xué)中，主動(dòng)輪與從動(dòng)輪所受摩擦力的方向問題的判斷，始終是一個(gè)難點(diǎn)。自制摩擦力演示儀，該演示儀通過毛刷的運(yùn)動(dòng)方向演示主動(dòng)輪與從動(dòng)輪所受摩擦力的方向。該演示儀制作簡單、操作方便、效果直觀，在教學(xué)過程中使用便于學(xué)生學(xué)習(xí)理解摩擦力的受力方向。

關(guān)鍵詞：摩擦力;演示儀;實(shí)驗(yàn)操作;主動(dòng)輪;從動(dòng)輪

1.引言

摩擦是一種常見的現(xiàn)象，當(dāng)兩個(gè)相互接觸的物體，發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)或具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)時(shí)，就會(huì)在接觸面上產(chǎn)生阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的力，這種力叫做摩擦力。摩擦力分為滑動(dòng)摩擦力、靜摩擦力、滾動(dòng)摩擦力。滑動(dòng)摩擦力的方向總是沿著接觸面，并且跟物體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向相反。滑動(dòng)摩擦力是阻礙相互接觸的物體間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的力，不都是阻礙物體運(yùn)動(dòng)的力。即摩擦力不一定是阻力，它也可能成為使物體運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力，要清楚阻礙“相對(duì)運(yùn)動(dòng)”是以相互接觸的物體作為參照物的。“物體運(yùn)動(dòng)”可能是以其它物體作參照物的。如：生活中，傳送帶把貨物從低處送到高處，就是靠傳送帶對(duì)貨物斜向上的摩擦力實(shí)現(xiàn)的。摩擦力與相互摩擦的物體有關(guān)，摩擦力無處不在，例如沒有摩擦力的話鞋帶無法系緊，螺絲釘和釘子無法固定物體。摩擦力概念學(xué)生很容易理解，同時(shí)正常情況下摩擦力的方向不難辨別，但是在教學(xué)中，主動(dòng)輪與從動(dòng)輪所受摩擦力的方向問題的判斷，對(duì)學(xué)生來說始終是一個(gè)難點(diǎn)。為了解決這個(gè)問題，我設(shè)計(jì)了“摩擦力演示儀”，應(yīng)用傳送帶的帶動(dòng)及兩個(gè)毛刷刷毛在傳送帶運(yùn)動(dòng)過程中傾斜的方向，通過演示儀形象的展現(xiàn)主動(dòng)輪與從動(dòng)輪所受摩擦力的方向，學(xué)生直觀的感受摩擦力的方向，將理論與實(shí)踐結(jié)合，便于學(xué)生的理解和掌握。

2.實(shí)驗(yàn)器材

長方形木塊1個(gè)（20cm），長方形木板（50cm）1個(gè)，小型傳送帶1個(gè)（5cm*40cm），軸承兩個(gè)（10C內(nèi)徑），搖把1個(gè)（與軸承配套），毛刷兩個(gè)，木板條兩個(gè)，鋼板一個(gè)（65CM），條形鋼板2個(gè)（10cm）。結(jié)構(gòu)圖如下。

3.實(shí)驗(yàn)原理

本演示儀通過結(jié)構(gòu)如上圖，A毛刷與傳送帶接觸，B毛刷與木塊接觸，兩個(gè)毛刷連接為一體，傳送帶通過摩擦力帶動(dòng)A毛刷運(yùn)動(dòng)，A毛刷又帶動(dòng)B毛刷運(yùn)動(dòng)，B毛刷運(yùn)動(dòng)后產(chǎn)生與木塊的擦力。A毛刷所受摩擦力與傳送帶轉(zhuǎn)動(dòng)方向一致，而與B所受的摩擦力方向相反。

4.實(shí)驗(yàn)裝置制作方法

將打印機(jī)廢舊滾輪切開制作軸承，量取皮帶，將皮帶與軸承相連，安裝搖把，制作傳送帶;取20cm長的長方形木塊，安裝長條形擋板，將鋼板用長條形木板固定在木塊上，并將固定在條形木板的毛刷應(yīng)用長條形鋼板加固在鋼板上。

5.實(shí)驗(yàn)步驟及結(jié)果

1）按圖1所示，長毛刷A、B刷毛在一個(gè)水平面上，刷毛與平面充分接觸，把儀器安裝好。

2）搖動(dòng)搖把，帶動(dòng)皮帶傳送帶如圖2所示轉(zhuǎn)動(dòng)，觀察長毛刷A、B刷毛的傾斜的方向。由實(shí)驗(yàn)觀察，毛刷A向左傾斜，其所受摩擦力方向與傳送帶轉(zhuǎn)動(dòng)方向一致，而觀察毛刷B向右傾斜，可見其所受摩擦力方向與毛刷A的摩擦力方向相反。

3）搖動(dòng)搖把，讓皮帶傳送帶如圖3所示轉(zhuǎn)動(dòng)，通過實(shí)際操作再觀察長毛刷A、B刷毛的傾斜的方向。毛刷A向右傾斜，其所受摩擦力方向與傳送帶轉(zhuǎn)動(dòng)方向一致，毛刷B向左傾斜，其所受摩擦力方向與毛刷A的摩擦力方向相反。

4）觀察皮帶傳送的兩種現(xiàn)象并記錄，填寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，整理好儀器。

6.注意事項(xiàng)

1）長毛刷A、B刷毛所在平面應(yīng)水平，并且長毛刷A、B刷毛與平面充分接觸。

2）要讓長毛刷A、B刷毛和皮帶傳送機(jī)的皮帶在一條直線上。

3）實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)先放長毛刷，后讓皮帶傳送機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。

4）傳送帶長期使用易松弛，為延長其使用壽命，轉(zhuǎn)動(dòng)軸承不可用力過大，轉(zhuǎn)動(dòng)過快，防止皮帶松弛、受損。

7.討論

1）當(dāng)搖把帶著傳送帶轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，長毛刷A所受的摩擦力是使長毛刷A運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力。與此同時(shí)，長毛刷A帶動(dòng)長毛刷B運(yùn)動(dòng)，因此長毛刷B受到了木板的摩擦力，此摩擦力是阻力。所以，長毛刷A相當(dāng)于主動(dòng)輪，而長毛刷B相當(dāng)于從動(dòng)輪。

2）毛刷放置是本實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)，如果毛刷不與平面接觸，毛刷也沒有收到摩擦力的作用。所以也要求皮帶平面與木板平面水平，保證毛刷受力均勻，便于實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察。

3）本摩擦力演示儀的制作過程中，通過廢物利用節(jié)省資源，利用打印機(jī)廢棄的滾輪制作軸承，其他的木板、鋼板等材料也是材料公司的邊角材料，所以本摩擦力演示儀所用材料價(jià)格低廉，制作簡單，操作方便。學(xué)生直觀的感受摩擦力方向的變化，使抽象知識(shí)形象化，課上反響很好，適宜物理教學(xué)使用。

4）通過自制物理實(shí)驗(yàn)教具補(bǔ)充摩擦力實(shí)驗(yàn)動(dòng)態(tài)分析的不足，自制教具制作是物理教師教學(xué)改革的重點(diǎn)，特別是針對(duì)抽象、學(xué)生理解難度的知識(shí)點(diǎn)，通過教具的演示，將難點(diǎn)簡化，增加學(xué)生的學(xué)習(xí)物理興趣，利于物理理論課的學(xué)習(xí)掌握。