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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
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
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
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。
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