1静摩擦力和滑动摩擦力探究

实验1 静摩擦力和滑动摩擦力探究

对应课标内容：必修1

对应教材内容：

基本概念：摩擦力、相对运动、相对运动趋势

实验时间：40分钟

【知识背景】

当一个物体在另一个物体表面上滑动或有相对滑动趋势时, 在这两个物体的接触面上就会产生阻碍物体间作相对滑动的力, 这种力就是摩擦力。当物体有滑动趋势但尚未滑动时, 作用在物体上的摩擦力称为静摩擦力。当一个物体在另一个物体的表面上作相对滑动时, 在接触面上所产生的摩擦力, 称为滑动摩擦力。最大静摩擦力＝拉力*静摩擦系数。静摩擦力的大小与外力的大小相等, 而方向相反。

【实验设备】

1、力传感器(PS-2104)

2、数据采集器接口：任选USB连接器（PS-2001）、数据采集器Xplorer（PS-2000）、

多通道数据采集器Power Link (PS-2001)或图形数据采集器Xplorer GLX（PS-2002）

3、带USB接口的电脑（已经安装Datastudio软件）

【实验目的】

探究最大静摩擦力和滑动摩擦力的关系

【材料器具】

木块、砝码、细绳

【实验原理】

用Pasco力传感器缓慢拉动木块，使木块由静止状态变为匀速直线运动，观察摩擦力大小的变化情况。

【实验预测】

1．最大静摩擦力与滑动摩擦力有什么关系？木块从静止状态到滑动前瞬间，受力图像将如何变化？

2．木块从滑动的瞬间到匀速直线运动过程中，图像又将如何变化？

安全准备

1、遵守实验室章程

2、不要让水溅到接线板、电脑、键盘和采集器等设备上。

【参考步骤】

软件设置

1、将图形数据采集器的接口和电脑的USB 接口相连接。

2、将运动传感器和力传感器和图形数据采集器的接口相连接，Datastudio将自动启动。

3、选择启动Datastudio

装备设置

4、启动DataStudio软件创建新的实验活动，单击“”按钮设置数据采集参数，

弹出实验设置窗口。在左下角的“测量”卡片上勾选“力，拉正”，并把采样率增加至50Hz。

【实验探究】

当我们用力轻推一个放在水平桌面上的物体时, 物体没有沿桌面滑动, 而仅有滑动的趋势。物体不滑动, 是由于在水平方向上, 物体除了受到推力以外, 还受到一个与推力大小相等、方向相反的静摩擦力的作用。这两个力的合力为零, 所以物体保持静止。

当推力增大时, 静摩擦力也随着增大, 直到静摩擦力增大到最大值, 若再继续增大推力, 物体就开始在桌面上滑动了。

【参考步骤】

1、把木块放在桌面上，通过细绳与力传感器上的挂钩相连。

2、打开数据采集器电源，把Pasco力传感器接上数据采集器，然后将数据采集器连接到电脑USB接口。

3、在力传感器没有受力的情况下，按下表面上的“ZERO”清零按钮，然后单击“”按钮开始采集数据。缓慢拉动木块，注意施力由小到大，然后匀速运动一段距离。单击“”按钮结束数据采集。

4、往木块上添加砝码改变被牵引物体质量，重复步骤4，再做2-5组实验。

数据分析

图表上显示了“运行1”、“运行2”和“运行3”三组实验数据。选择其中一组作分析。在工具栏

点击（数据）按钮，在下拉列表中只勾选“运行2”。

从运行2数据中，我们可以看出，摩擦力由零开始增加至最大值，这段拉力曲线与静摩擦力相等。曲线达到最高点后立即下降然后趋于平缓，这段拉曲线与滑动摩擦力相等。

1．分析最大静摩擦力

在工具栏

中，点击（智能工具）按钮，在图表中出现虚线坐标，把鼠标移到坐标原点，待鼠标变为形状，按下左键不放，移动到拉力曲线最高点。

在本实验中，可见最大静摩擦力为4.5牛。

2．分析滑动摩擦力

在图表中，框选拉力较平均的数据点区域，

然后在工具栏

中，点击（统计）按钮，勾选“平均”，在图表上会显示出统计数据框。

在本实验中，可见滑动摩擦力的平均值为2.6牛。

所以，我们得出实验结论：最大静摩擦力大于滑动摩擦力，滑动摩擦力基本保持不变。【实验拓展】

1. 最大静摩擦力和“接触面性质”有无关系？

有关(改变不同的接触面，如木头、玻璃、砂纸等，记录并比较滑动物体的最小拉力) 。

2. 最大静摩擦力和“接触面积”有无关系？

无关(把物体平放或直立，记录并比较不同动物体的最小拉力)