探究摩擦力與哪些因素有關

摘要：在日常生活中，人們對摩擦力這種現象并不陌生。由于摩擦力與人的生活息息相關，所以有關摩擦力的研究和探索也一直進行著。

關鍵詞：摩擦力;物理教學;控制變量

在學習摩擦力時，有些同學提出如下的猜想：摩擦力可能與接觸面的粗糙程度有關;摩擦力可能與物體的運動情況有關。

（1）請你再提出兩個有意義的猜想。

（2）某同學在探究滑動摩擦力與哪些因素有關的實驗時，用彈簧測力計勻速拉動木塊，使木塊沿水平長木板滑動，從而測出木塊和長木板之間的摩擦力;在木塊上加放砝碼，并改變木塊上砝碼的數量，從而改變木塊和長木板之間的壓力;把棉布、毛巾等鋪在長木板上，從而改變接觸面的粗糙程度。他們把實驗結果記錄在下邊中：

根據表格中的實驗數據，能得出那些結論？

（3）要驗證“在相同條件下，滾動摩擦力遠小于滑動摩擦力”這一結論，請你設計一個實驗，來說明這一結論的正確性。

分析：（1）影響摩擦力的因素不止一個，如：摩擦力可能與物體運動速度有關;摩擦力可能與接觸面的壓力有關;摩擦力可能與物體運動方向有關;摩擦力可能與接觸面大小有關等等。只要提出的猜想合理即可。但是提出的猜想不一定時正確的，猜想正確與否要通過實驗來驗證。

（2）分析處理實驗數據，要注意實驗方法。由于摩擦力的大小與許多因素有關，研究時要采用“控制變量”的研究方法。從表1中可以看出，3次實驗中壓力均為5N，但是接觸面各不相同，這是保持壓力不變的條件下研究摩擦力與接觸面粗糙程度之間的關系。從表2中可以看出，三次實驗中接觸面都是木塊和木板，但是壓力各不相同，這是在保持接觸面粗糙程度不變的情況下研究摩擦力與壓力之間的關系。從表中數據可以得出的結論是：①摩擦力的大小與接觸面的粗糙程度有關，當壓力一定時，接觸面越粗糙摩擦力越大。②摩擦力大小與壓力的關系，當接觸面粗糙程度一定時，壓力越大摩擦力越大。

（3）題中只給出探究實驗的目的，而實驗方案、所用器材、實驗步驟等都需要自己設計。

由于摩擦力的大小與作用在物體表面的壓力大小有關，還跟接粗面的粗糙程度有關。滾動摩擦力與滑動摩擦力的區別在于物體在接觸面上運動形式不同。前者為滾動，后者為滑動。顯然，只有在相同條件下才能比較這兩種摩擦力的大小。因此，實驗時需要使用相同質量的物體，用同意彈簧測力計，還要使物體做勻速直線運動。具體設計如下：

先用彈簧測力計拉一木塊在水平桌面上做勻速直線運動;再在這一木塊下面放幾個圓鉛筆，同樣用彈簧測力計拉著做勻速直線運動。發現后者彈簧測力計示數遠小于前者的彈簧測力計的示數。這說明“在相同條件下，滾動摩擦力遠小于滑動摩擦力”。

按照人教版教材的實驗裝置及步驟，該實驗的原理是二力平衡。因為木塊在彈簧測力計的拉力作用下做勻速直線運動，所以木塊所受拉力大小等于木塊所受摩擦力的大小。該實驗成功的關鍵是讓木塊做勻速直線運動。而用手直接拉動彈簧測力計，很難保證木塊始終做勻速直線運動。從而導致測力計示數不穩定，其次彈簧測力計一直在運動也難以精確讀數，數據存在較大誤差。

為了能從彈簧測力計上準確讀數，實驗時應讓測力計保持靜止，同時還要讓木塊和木板間發生相對運動，因此實驗時可以抽動下方的長木板，讓木板運動，彈簧測力計和木塊靜止。讓測力計一端固定，另一端拉著小木塊，水平抽動長木板，木塊同時受測力計的拉力和木板對它的摩擦力而保持靜止。改進后滑動摩擦力與長木板的運動快慢無關，所以不需要勻速拉動長木板，操作比較容易。同時彈簧測力計相對靜止，示數穩定，很容易讀數。

參考文獻：

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[2]華永平， 周俠斐. 任務目標驅動下初中物理實驗型探究課的教學策略——以"探究摩擦力的大小與哪些因素有關"為例[J]. 中學物理， 2019， 37（22）：3.