论文传送带与摩擦力教学

摩擦力实验教学

衢州高级中学叶水茵

“摩擦力”是高、初中物理教学的一个衔接点，在知识与技能目标上，初中只要求知道摩擦力是如何产生的，知道摩擦力大小跟什么因素有关，知道摩擦的利与弊。而高中除了要对摩擦力进行分类外还要定量分析和计算摩擦力的大小，摩擦力方向的判定更是一个难点。这就要求学生具有较强的分析、概括、推理、想象等思维能力以及与之对应的良好学习方法、学习习惯和思维品质，这对于刚上高中的只有形象思维或具有一定的抽象思维但尚处于经验阶段的高一学生来说，无疑是一个很高的“台阶”，历来高一物理教师深感棘手。如何使得这个“台阶”从学生的学习上趋于平缓，笔者做了以下教学尝试：

1．自制教具搭建摩擦力教学实验平台

1．1．传送带系统的制作

传送带如图1所示，用电机驱动，电机用小电风扇上

的电机(功率较大，满足实验要求)替代，电机的转速可以

通过电机自身的三个挡位和借用调光台灯的电压控制

电路或吊扇的无级电子调速器来实现，电路方框如图2

所示。

传送带轮选用坚硬木头加工而成，直径4cm，轴心

孔定位一定要准，否则传送带运行起来就会不稳。传

送带用帆布制作，宽10cm、对折长度50cm，接头处吻

合要精细，不然当物块与接头处接触时就会引起物块跳动，从而导致测力计示数的变化。物块放在传送带上，由于压力较大，传送带会向下凹陷，传送带运行时物块受到的摩擦力方向就不再水平，为此必须在传送带下面固定一块水平硬铁片，从而保证物块受到水平方向的摩擦力。

1．2．摩擦力演示仪的制作

摩擦力演示仪，有些学校配置，但演示效果不理想；有些物理杂志介绍其制作，但操作性也不尽人意。为此，笔者

扬长避短，成功制作了摩擦力演示仪，

使用方便、演示效果理想，能顺利地完成教学任务。其装置如图3所示。

装置优点：

(1)变很难控制的木块匀速运动为接触传送带的运动。

(2)通过电压控制电路改变输出电压和变化电机挡位，可以非常方便地改变传送带相对于物块的速度，很容易做到匀速或变速。

(3)测力计竖挂，可视性强；传送带替代长木板重复操作方便，测力计示数可读维持时间长。

(4)左右移动水平杆，可以安装不同直径的定滑轮；

上下移动定滑轮，可以演示不同规格的木块。

2．以实验为探究纽带突破摩擦力教学的重点与难点

2．1．用传送带解读摩擦力的定义

演示一：传送带不运行，物体A静止在水平传送带上，

如图4所示。

演示二：传送带不运行，物体B静止在倾向传送带上，

如图5所示。

改变传送带与物体A、B接触处的粗糙程度，物体A不

运动、物体B运动。比较演示一、演示二，改变条件能使物体B运动，说明物体B有运动趋势。

演示三：物体C和传送带以相同的速度向上匀速运行，如

图6所示。物体C以地面为参考系运动，以接触的传送带为参

考系静止。

比较演示二、演示三，引导学生在认识“运动趋势”的基

础上过渡到对“相对运动趋势”的认识。

演示四：传送带运行，物体A静止在水平传送带上，如图4所示。物体A 以地面为参考系运动，以接触的传送带为参考系静止

演示五：传送带运行，物体B受细线作用不随传送带一起运

动，如图7示。物体B以地面为参考系静止，以接触的传送带为

参考系运动。

比较演示四、演示五，使学生理解什么是“相对运动”。

2．2用摩擦力演示仪探究摩擦力的大小与方向

2．2．1 静摩擦力

演示：在传送带上放一质量较大的物块，如图8所示。开始时在物块与传送带接触的外侧面作两个对顶的三角形的记号。当用手

沿如图中箭头所示方向缓缓地拉动传送带时，可以看

到物块与传送带一起移动，弹簧测力计的示数逐渐增

大，但两个三角形记号的相对位置却没有变化，直到

弹簧测力计的示数增大到某一数值后，才看到两个三

角形记号的相对位置发生变化。由于物块相对传送带

静止不动，所以它在水平方向上受的两个力是一对平衡力，弹簧测力计的示数等于物块受到静摩擦力的大小。

这个演示实验不仅能说明两物体处于相对静止状态时物块受到的静摩擦力随拉力的增大而增大，而且能说明静摩擦力有一个最大值。通过本实验可以使学生对“相对静止”有一个较深刻的感性认识。实验中弹簧测力计的示数比较稳定，便于观察。以上的实验不仅可以帮助学生理解静摩擦力的概念，而且可以启发学生利用平衡条件求解静摩擦力的大小和方向。

静摩擦力的方向是教学的重点也是难点。教学中由静摩擦力方向的定义出发，结合摩擦力的定义，使学生在理解摩擦力定义中“相对运动趋势”（演示二、演示三）的基础上，判断“相对运动趋势的方向”，从而得出静摩擦力的方向。另外，还可以通过演示六，利用平衡条件求解静摩擦力的方向。

2．2．2 滑动摩擦力

演示（如图8所示）：

(1)在木块上加减砝码，探究滑动摩擦力的大小与正压力成正比。

(2)改变木块的种类，探究滑动摩擦力的大小与接触面的粗糙程度有关。

(3)改变木块与传送带的接触面积，探究滑动摩擦力的大小与接触面的面积大小无关。

（4）改变传送带的运行速度，探究滑动摩擦力的大小与速度的大小无关。

（5）在物块与传送带接触的外侧面作两个对顶的三角形的记号。当传送带沿如图中箭头所示方向运行时，可以看到木块静止，两个三角形记号的相对位置发生变化，说明传送带与木块间的存在相对运动。结合演示五，使学生在理解摩擦力定义中“相对运动”的基础上，掌握判断滑动摩擦力方向的方法。