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【实验报告：】探究影响摩擦力大小的因素

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指导教师：

【实验名称：】探究影响摩擦力大小的因素
【实验背景：】当代社会，动力学的研究贯穿与科技的各个领域，摩擦力的影响越来越突出，它以各种方式对人类的生产、生活产生着巨大而深刻的影响。利用有益摩擦并避免有害摩擦是节省能源的重要途径之一，为此，我们认为 “探究影响摩擦力大小的因素”，寻找节能的有效方法和途径，对“建设节约型社会”具有重要的意义。如传输带传送货物、汽车刹车、马拉雪橇、花样滑冰等都与摩擦力有关。
【实验目的：】
1.以日常生活中摩擦力的作用为切入点，运用初中物理所学的有关摩擦力的知识，研究分析摩擦力受何种因素影响并掌握教材中的有关力学知识。
2.通过本课题较强的实践性，研究分析生活实例，提高自身的动手能力和逻辑思维能力。提高我们的归纳总结能力，而组员间的配合和协调能力等。
3.认识探究影响静摩擦力大小的因素和规律。 探究影响滑摩擦力大小的因素与规律。认识动摩擦因数的值与材料及表面状况有关。研究物体在滚动过程中所受的摩擦力。
【实验器材：】
测力计（量程为5N和10N），木块、铁块、长木板、钩码、粗面料布条、皮革条、（以上按小组配备）。小塑料桶，水，带滑轮木板、细线，支架、电脑、运用excel处理实验数据。
【实验内容与方法：】
1、 探究影响静摩擦力大小因素：

F
f

步骤：如图先逐渐向小桶内注入水，但保持木块相对木板静止，后继续加水，直到木块恰好运动。
现象：观察实验，思考在加水的过程中，静摩擦力随拉力逐渐变大
对木块在水平方向受力分析如上右图
结论：静摩擦力大小的规律ƒ静=F
静摩擦力大小与物体所受外力有关静摩擦力的大小0＜ƒ静≤ƒmax
静摩擦应用：文具盒放在课桌上，文具盒和课桌都受到了阻碍作用，但这种相对静止时受到的阻碍作用的现象称静摩擦。我们乘坐公共汽车时，汽车启动，脚随车一起运动，汽车刹车时，脚随车一起停止，是因为汽车底板对人脚施加了静摩擦力。而我们走路时，脚用力向后蹬地，脚与地面间并未滑动，地面对脚施加了静摩擦力。
思考与探究：最大静摩擦力大小与哪些因素有关？怎么才能计算出它的大小呢？
2、探究影响滑动磨擦力大小的因素：
实验一
1、猜想；影响滑动磨擦力的大小的四个可能因素：①、接触面的大小；②、物体的运动速度；③、压力大小；④、接触面的粗糙程度．
2．设计实验方案：
①、保证接触面粗糙程度、压力的大小、速度大小不变，改变接触面的大小，比较摩擦力大小；
②、保证接触面粗糙程度、接触面的大小、压力的大小不变，改变速度的大小，比较摩擦力大小。
③、保证接触面粗糙程度、接触面的大小、速度的大小不变，改变压力的大小，比较摩擦力大小。
④、保证接触面的大小、压力的大小、速度的大小不变，改变触面粗糙程度，比较摩擦力大小；
3、选择实验仪器，根据实验要求控制操作条件；
①、为改变接触面的大小，可选用长方体形状的木块；
②、要改变速度的大小，可以通过更换轮子的大小来实现；
③、要改变压力的大小，可以通过在木块上加减钩码来实现。
④、可以利用毛巾、丝巾等改变接触面的粗糙程度。
4． 收集数据、分析数据：
将质量为m的木块放在固定的有粗糙表面的水平木板上，用力F拉木块，使木块沿水平匀速滑动（图4—38），记录拉力F的值。通过在木块上加砝码改变压力N，同时改变拉力F，仍使木块沿水平面匀速滑动，记录各次的N、F值，研究N与F的关系。
测量数据
实验次数n
1
2
3
4
压力N/N
1.5
2.0
2.5.
3.0
拉力F/N
4.8
6.2
7.8
9.6

0.31
0.32
0.32
0.31
实验结果表明，随着压力N的增大，拉力F的大小变大，但F/N的大小不变；这说明滑动摩擦力的大小与压力N的大小正比。
改变水平木板的粗糙程度，重复上述实验，结果如何？请你继续探究。
5、实验方法的探究与改进
如图-3来关于滑动摩擦力大小与物体间压力关系实验探究。
采用手拉弹簧称，使木块匀速运动。如果木块不是做匀速直线运动，那此时弹簧的示数就不等于木块所受的滑动摩擦力的大小。但是要使手拉弹簧完全是在做匀速直线运动，是比较困难的。其实只要对图-3进行两处修改就可以达到完美的效果。可设计成如图4所示的实验装置图
1、把弹簧称用手拉的那端固定在一固定处；
2、人的拉力作用在木块下端的木板上
图4
T
木块
木板
弹簧称
砝码
当拉动下端的木板运动时，上端的木块相对下端的木板发生相对运动，木块受到木板施加的滑动摩擦力。而木块所受到的滑动摩擦力的大小与木板的运动速度并没有关系，只要木块相对木板有发生相对运动，木块所受的即为滑动摩擦力。根据二力平衡可知，弹簧称的示数等于木块所受的滑动摩擦力的大小。
实验二：1在桌面上分别铺上毛巾，棉布与玻璃，将一个小木块先后平放在上面，用弹簧测力计分别匀速水平拉动它前进，发现在毛巾上拉动小木块时，弹簧测力计的示数最大，也就是说摩擦力最大，这充分说明滑动摩擦力的大小与接触面的粗糙程度有关，接触面越粗糙，滑动摩擦力越大。
2把木块正放在桌面上，用弹簧测力计匀速直线拉动它，并读出弹簧测力计的示数为F1；在木块上放一个重物，再用弹簧测力计匀速直线拉动它，读出弹簧测办计的示数为F2；比较F1和F2得到滑动摩擦力与压力有关，压力越大，滑动摩擦力越大。
3：把木块正放和侧放在桌面上，分别用弹簧测力计匀速直线拉动它，读出测力计的示数为F1和F2，比较F1和F2，发现F1=F2，改变拉木块的速度，发现拉力不变，这可以说明滑动摩擦力与接触面积及物体相对运动速度无关。
4：实验结论；
①、滑动摩擦力与接触面的大小无关。
③、滑动摩擦力与物体运动速度无关。
③、滑动摩擦力与压力有关，压力越大，滑动摩擦力越大。
④、滑动摩擦力与接触面粗糙程度有关，接触面越粗糙，滑动摩擦力越大。
总之，物体在滑动过程中接触面阻碍物体相对运动的力叫滑动摩擦力，影响滑动摩擦力的因素有两个：一是与接触面的粗糙程度有关；二是与压力的大小有关。
3、探究影响滚动磨擦力大小的因素：
实例探究1：车轮和地面间的摩擦属滚动摩擦。车胎打足气时，骑起来就轻快，气不足，则吃力，原因分析看下图（5）——打足气的车胎。胎与地面接触面可理想地认为是小点接触。轮子所受重力作用线通过轮与地面的接触点，对轮的滚动不发生影响，也就是说受到的滚动摩擦力很小，骑时就很轻松。再看图（6）——气不足的车胎。它与地面的接触面如AB所示，当车轮顺时针滚动时，它将以图中的A为转动轴发生转动，这样一来，车所受重力G对于支点A就会产生一个逆时针的力，阻碍车轮向前滚动，于是骑车时就会感到费力。

小结：影响滑动摩擦力大小的因素有：
①、压力的大小。压力越大，滑动摩擦力越大
③、接触面粗糙程度、接触面越粗糙，滑动摩擦力越大。
改进设计：1）、多次实验，每次选用材料不同
2）、每次探究所提供材料下的滑动摩擦力随压力变化的关系。
3）、根据情况选择合适量程的测力计
4）、某一压力下用多次测量记录平均数据来减小误差。
【实验结果分析与讨论：】探究是一种非常有效的学习活动，是一个培养科学兴趣、发展个性特长、拓宽视野、丰富知识以及开发创造力的广阔天地。而实践是探究式学习的灵魂。在探究过程中，围绕研究的问题，通过实验、观察、统计、查阅资料、搜集信息、分析现象、查找数据等大量实践探索活动，丰富感性认识，深入了解事物的内在规律。
【思考与建议：】
一、思路与创新：
1、设计思路：教材上有关滑动摩擦力演示实验，是用测力计水平方向拉着滑块匀速运动来显示滑动摩擦力的大小，这样做存在下述两个主要问题：一是不易观察，可见度差；二是实验的误差较大。
2、误差来源分析：1）、铡力计挂钩与刻度板之间有摩擦；2）、用手拖动很难保训鳖骨块做匀速直线运动；3）、测力计水平放置与竖直放置的零刻度不同。为了便于观察和减小实验误差，需对传统的滑动摩擦力演示仪器进行改进、创新。
3、改进设计思路是：1）、把测力计用支架固定在小车上，使测力计竖直放置，在测力计下方装一个定滑轮，使部力计对滑块的拉力滑水平方向。这样既不要重新调家又便于观察；2）、用电动机带动滑块，从而保证滑块做匀速直线运动、在转轴上装两个半径不同的轮子。可以改变电动机带动滑块的速度、改进后的摩擦力演示器，基本上解决了教材上滑动摩擦实验问题，效果比较好。
4、当一个量和几个因素有关时，在研究过程中，就要采用控制变量法。