影響滑動摩擦力大小因素實驗的改進

盛鐸

影響滑動摩擦力大小因素的實驗是人教版物理八年級下冊第八章第三節《摩擦力》中的內容，是訓練學生進行科學猜想、實驗校驗、分析論證的優質素材。教學實踐中，很多教師只是通過簡單的理論分析幫助學生確定影響因素，而不是鼓勵學生大膽猜想影響滑動摩擦力的因素可能有哪些，導致這樣一個探究性實驗變成了驗證性實驗，削弱了該實驗的教學價值。

實際上，學生結合生活經驗可以產生多種猜想，如基于物體越重越難推動的事實，猜想滑動摩擦力的大小可能與重力或壓力的大小有關；基于地面越光滑物體越容易推動的事實，猜想滑動摩擦力的大小可能與接觸面的粗糙程度有關；基于物體速度越快越難停下來的實際，猜想滑動摩擦力的大小可能與物體的運動情況有關。為了尊重實際學情，提高實驗的探究性，筆者引導學生在大膽猜想的基礎上改進實驗裝置，對所有猜想進行實驗探究，很好地達成了教學目標。

一、合理設計實驗，保證實驗的科學性

學生需要解決的第一個問題是“如何測量滑動摩擦力的大小”。針對這個問題，筆者給出“測量儀器是什么”“測量原理是什么”“實驗操作的要點有哪些”三個問題，讓學生在問題的引領下以小組為單位展開討論。學生討論得出：要利用彈簧測力計、根據二力平衡原理測量滑動摩擦力，實驗時要注意沿直線水平、勻速拉動木塊，這樣才能測量出滑動摩擦力的大小?？梢?，學生設計的實驗方案與教材上的傳統實驗方案基本相同。

在此基礎上，筆者讓學生實際操作，分組測量滑動摩擦力的大小。學生分組測量后，筆者提問：“實際操作過程中，你遇到哪些困難？”由于有了切身體驗，學生有理有據地提出實驗操作中的問題，點明了傳統實驗方案的不足：①只有木塊做勻速直線運動時拉力與摩擦力才是一對平衡力，但實際操作中難以控制木塊做勻速直線運動；②移動中的彈簧測力計很難保持示數穩定，不便讀數。筆者順勢提問：“你有解決這兩個問題的好方法嗎？”學生討論過程中，筆者適時提示：“怎樣讓木塊相對于地面保持靜止，同時受到滑動摩擦力的作用呢？”在筆者的提示下，學生設計了如圖1所示的新的實驗裝置。

該實驗裝置通過拉動木板產生相對運動，不用控制木板做勻速直線運動就可以使木塊受力平衡，便于操作，同時，彈簧測力計處于靜止狀態，示數可以保持穩定，便于讀數。新的實驗裝置很好地解決了傳統實驗裝置的操作難點，進一步提高了實驗的科學性。

二、改進實驗裝置，提高實驗的探究性

首先，筆者提出新問題：“有沒有比木板更適合的器材讓實驗更容易操作，達到更好的效果？”學生很容易就想到了用傳輸帶代替木板，這樣可以省去人為操作的麻煩。筆者順勢追問：“利用傳輸帶還可以帶來哪些便利？”學生思考后回答：“可以通過控制傳輸帶的速度，研究滑動摩擦力的大小是否與物體的速度有關?！边@個創新想法可以很好地解決傳統實驗裝置無法探究滑動摩擦力的大小是否與物體的速度有關的痛點。

其次，筆者引導學生思考如何研究滑動摩擦力大小與壓力大小的關系。學生想到通過在木塊上加、減砝碼，改變壓力的大小。筆者引導：“加、減砝碼可以改變木板所受壓力的大小，但同時也會改變施壓物體的總重力，我們如何分辨到底是哪個力影響了滑動摩擦力的大小呢？”對于這個問題，學生一時很難回答。筆者進一步引導：“用什么辦法能使木板所受的壓力和施壓物體的總重力相互獨立、互不影響呢？”學生仍然無法得出準確答案。筆者提示學生從力的方向上思考，學生便很快想到了辦法，即將壓力變成水平方向上的力，并說明“只要將整個實驗裝置豎立放置，壓力和重力就互不影響了”。筆者追問：“豎立放置還有什么好處？”學生回答：“可以在壓力不變的情況下改變重力的大小，為研究滑動摩擦力的大小與重力的關系提供方便?！痹俅胃倪M后，實驗的探究性顯著增強，很好地發揮了實驗教學發展學生科學思維的價值。

最后，筆者利用如圖2所示的自制實驗裝置，和學生一起完成了探究實驗。

實驗時，學生先測出木塊的重力為0.6N，然后擰緊壓力施加器，啟動傳輸帶，彈簧測力計示數增大并保持穩定，木塊和傳輸帶之間以恒定速度發生相對運動。通過分析，學生明確了彈簧測力計示數增大的原因是傳輸帶逆時針轉動，木塊受到傳輸帶向下的摩擦力作用，而且示數的增量就是摩擦力的大小。

基于這個原理，學生探究滑動摩擦力大小與壓力大小的關系。學生保持物體重力、接觸面的粗糙程度、接觸面的面積、傳輸帶速度不變，只是不斷擰緊壓力施加器，發現彈簧測力計示數不斷增大，說明摩擦力不斷增大。由此，學生發現滑動摩擦力大小與壓力大小有關，并得出“當接觸面的粗糙程度一定時，壓力越大，物體受到的滑動摩擦力越大”的結論。

探究滑動摩擦力大小與接觸面的粗糙程度關系時，學生保持物體重力（0.6N）、壓力施加器圈數、接觸面的面積、傳輸帶速度不變，只改變接觸面的粗糙程度，即利用較光滑的面和較粗糙的面進行了兩次實驗，發現彈簧測力計示數分別為0.7N和1.0N，說明摩擦力分別為0.1N和0.4N，進而得出結論：當壓力大小一定時，接觸面越粗糙，物體受到的滑動摩擦力越大。

探究滑動摩擦力大小與接觸面的面積關系時，學生在保持其他條件不變的情況下，只改變接觸面積的大小，即在原接觸面積下進行一次實驗，再減小接觸面積再次實驗，發現彈簧測力計示數不變，說明摩擦力不變，進而得出滑動摩擦力大小與接觸面的面積大小無關的結論。

探究滑動摩擦力大小與重力大小的關系時，學生保持壓力施加器圈數、接觸面的粗糙程度、接觸面的面積、傳輸帶速度不變，只通過增加鉤碼使物體重力由0.6N增加至1.2N，發現彈簧測力計示數由0.7N增加至1.3N。這說明物體重力變化前后所受滑動摩擦力的大小都是0.1N，也就是說，滑動摩擦力大小與物體重力大小無關。

探究滑動摩擦力與物體運動速度大小的關系時，學生保持其他條件不變，只改變傳輸帶的速度檔，分快速、中速、慢速進行三次實驗，發現彈簧測力計示數不變，說明滑動摩擦力大小與物體運動速度大小無關。

經過以上實驗，學生發現改進后的實驗裝置操作簡便，可以清楚地探究出滑動摩擦力只與壓力大小、接觸面的粗糙程度有關，而與接觸面的面積大小、物體重力大小、物體運動速度大小無關，很好地完成了既定的教學目標。同時，新的實驗裝置可以很好地將接觸面所受壓力大小與物體重力區分開，為學生提供了探究滑動摩擦力是否與重力大小有關的實驗機會，很好地解答了學生關于摩擦力是否與重力有關的疑惑。

（作者單位：武漢市武昌區教育局教研培訓中心）