孫洋 王林

【摘要】為了探究有關摩擦力的實驗，對TH-2175型摩擦力演示器進行研究。通過搖動搖桿可以直接顯示出滑塊與摩擦面間的摩擦力。不僅可以直接地觀察到靜摩擦力、最大靜摩擦力以及滑動摩擦力的大小關系，還可直觀地顯示出物體間摩擦力的漸變過程。并可以通過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。

【關鍵詞】靜摩擦力 摩擦力 滑動摩擦力

【中圖分類號】G633.7 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2015）14-0073-02

傳統(tǒng)的演示實驗是用彈簧測力計拉著物塊做勻速直線運動，測力計示數(shù)可以顯示摩擦力的數(shù)值。但在實驗中測力計的示數(shù)容易變化，會忽大忽小，因此容易給讀數(shù)帶來一定程度的困難。[1]而TH-2175型摩擦力演示儀可以避免傳統(tǒng)實驗的弊端：彈簧測力計通過滑輪與物塊相連，只要勻速轉動搖柄拖動物塊，就能很直觀地觀察到彈簧測力計的示數(shù)變化。這樣做消除了不易觀察、讀數(shù)難、可見度差的缺點，同時也大大減少了系統(tǒng)誤差，解決了長期以來摩擦力演示上的難點。

1 實驗裝置及原理

1.1實驗裝置

如圖，TH-2175型摩擦力演示器由彈簧測力計（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實驗原理

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力計垂直固定于絲桿之上，通過滑輪與物塊相連，絲桿又與右側的搖柄相連。通過勻速轉動搖柄，給物塊一個水平向右的力，彈簧測力計的示數(shù)就會發(fā)生變化，通過觀察記錄彈簧測力計示數(shù)，在物塊與摩擦面保持相對靜止時，可以測得物塊所受到的靜摩擦力；當物塊開始滑動后，可以測得物塊所受到的滑動摩擦力大小。其中還有兩點注意事項：

（1）絲桿行程不能小于120mm，否則會影響實驗結果的準確性。

（2）物塊的重量要考慮在內，會影響摩擦力大小。

2 實驗步驟

（1）組裝儀器：用兩個螺絲釘將彈簧測力計固定在絲桿上，用白色細線將滑塊、滑輪和彈簧秤連接起來。

（2）用托盤天平稱出物塊的質量，記錄數(shù)據(jù)。

（3）將絲桿調到最右端，將物塊平放在摩擦面上，使線拉直。

（4）緩慢旋轉搖柄，彈簧秤隨絲桿移動，對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)旋轉搖柄，讀取最大靜摩擦力。

（6）繼續(xù)旋轉搖柄，讀取滑動摩擦力大小。

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

（8）分別將毛巾和A4紙放在摩擦面上鋪好，夾緊，進行實驗記錄數(shù)據(jù)。

（9）將摩擦塊面積小的一面朝下，進行實驗，記錄數(shù)據(jù)。

3 實驗數(shù)據(jù)

150g

當摩擦系數(shù)一定（物塊直接放在摩擦面上），改變砝碼質量，測量數(shù)據(jù)如下：

4 實驗結論

對數(shù)據(jù)進行分析后可以得出結論：靜摩擦力隨拉力的增大而增大，但靜摩擦力的增大有一個限度，其最大值數(shù)值上等于物體剛剛開始運動的拉力，這個最大值稱為最大靜摩擦力?；瑒幽Σ亮π∮诘扔谧畲箪o摩擦力。摩擦面的滑動摩擦系數(shù)

5 實驗的優(yōu)缺點

5.1優(yōu)點

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

（2）通過手搖搖柄拖動物塊，彈簧秤豎直放置，方便同學更直觀的觀察到實驗現(xiàn)象，比傳統(tǒng)實驗效果更好。

5.2 缺點

（1）滑輪會損耗一部分的機械能，因此實驗得到的摩擦力比實際值偏小。

（2）木塊在滑動過程中容易偏離直線軌道，不一定沿直線運動。

（3）手搖搖柄也并不能完全保證物塊勻速運動，會產生誤差。

（4）毛巾容易隨著物塊的滑動隆起，這會對物塊的滑動起到阻礙，影響數(shù)據(jù)的準確性。

改進方法：

（1）將繩子剪短，減小機械能的損耗。

（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發(fā)生運動，現(xiàn)象會更加明顯和準確。

6 結束語：

TH-2175型靜摩擦力演示器將將彈簧測力計豎立，并與絲桿、滑輪進行結合，通過勻速轉動搖桿增大拉力，這是本實驗儀器的創(chuàng)新點。本實驗效果直觀，可以幫助學生掌握摩擦力的產生條件和影響因素。利用該演示器不僅可以探究靜摩擦力和滑動摩擦力的產生及演變過程，還可以探究影響滑動摩擦力大小的多個因素，實驗功能齊全。通過表格記錄摩擦力，可以很好地對比最大靜摩擦力和滑動摩擦力的大小關系。

參考文獻：

[1]物理實驗中的測量、估讀與誤差[J]. 中學物理教學參考.1998年05期

[2] 徐高本.學習滑動摩擦力應弄清的“四個關系”[J].數(shù)理化學習（高中版）.2010（19）