实验演示静摩擦力到滑动摩擦力的变化

1静摩擦力与滑动摩擦力

静摩擦力是两个相互接触的物体，当其接触表面之间有相对滑动的趋势，但尚保持相对静止时，彼此作用着阻碍相对滑动的力；静摩擦力与一般约束反力不同，它并不随外力的增大而无限制地增大，当外力的大小达到一定数值时，物体处于将要滑动，但又未开始滑动的临界状态，此时，只要外力再大一点，物体就开始滑动，当物体处于临界状态时，静摩擦力达到最大值，即为最大静摩擦力；且最大静摩擦力大于滑动摩擦力.而滑动摩擦力是一个物体在另一个物体表面上相对滑动时，要受到另一个物体阻碍它相对滑动的力；滑动摩擦力的大小跟正压力成正比，即f=μN；μ为动摩擦因数：与接触面的材料、粗糙程度有关；即滑动摩擦力与接触面的粗糙程度及接触面间的弹力有关.当μ和N不变时，滑动摩擦力的大小就不变.

2教材分析

摩擦力是力学中的三大性质力之一，正确认识摩擦力对后面知识的学习有着至关重要的作用.在摩擦力这节课中，要求会计算滑动摩擦力的大小和判断其方向，以及静摩擦力的大小和方向的判断.教师在教学过程中要将学生在初中所学过的相关概念与本节内容相结合，与生活中的实例相结合，逐步引导、循循善诱，对两种摩擦力的大小和方向判定有个清晰的认识.在探究过程中要充分利用初中二力平衡的知识，在物体从静止到运动的过程中认识静摩擦力和滑动摩擦力大小变化情况，使学生的认识从感性到理性发生质的变化.

3传统实验的弊端

人教版高中物理教材（必修一）第三章第三节摩擦力（第57-58页）演示实验：用弹簧测力计水平拉长木板上的木块来演示静摩擦力的大小随外力的增大而增大，并达到最大静摩擦力时开始滑动，并且最大静摩擦力比滑动摩擦力大.具体演示图1.

把木块放在水平长木板上，用弹簧测力计沿水平方向拉木块，在拉力F增大到一定值之前，木块不会运动.

在弹簧测力计的指针下轻塞一个小纸团，它可以随指针移动，并作为指针到达最大位置的标志（图1）.继续用力，当拉力达到某一数值时木块开始移动，此时拉力会突然变小.

在进行演示实验过程中有以下几点不足：

（1）本实验是演示实验，可观性不够，在讲台上演示只有前面少数的同学能观察到这现象，导致学生参与度不高；

（2）学生对纸团与测力计指针分离，认为是纸团由于具有惯性而向前冲造成的；

（3）用手拉弹簧测力计力的大小不易控制；

（4）力的大小没有直观的大小显示.

4实验改进

实验器材：拉力传感器，带屏幕的滑块，重物，激光笔，细线，水桶.

实验原理：如图2：实验台上采用光滑（动摩擦因数很小）的长木板，研究滑块与木块之间的静摩擦力到滑动摩擦力的变化.往水桶里缓慢注水，逐渐增大对滑块的拉力，由于滑块在水平方向受木块对它的静摩擦力及光滑长木板的静摩擦力和细线的拉力静止，即增大滑块对木板的静摩擦力；而木块在水平方向依据二力平衡，滑块对木块的摩擦力与和传感器相连的细线拉力相等，并通过传感器很直观的显示其大小出来.同时将激光器和传感器的显示屏固定在木块上，调节好激光器的亮斑刚好不出现在屏幕上，当滑块和木块刚出现相对滑动时，激光器的亮斑刚好出现在屏幕上，正好显示此时为静摩擦力到滑动摩擦力变化，可同时观看到变化前后大小.让学生很直观地观察到静摩擦力时随约束力的增大而增大，到最大值时开始相对滑动，变成滑动摩擦力保持不变的过程.

5改进后的优点

（1）引入激光器，能更好地确定临界点.因为两物体间将要相对滑动的临界点比较难以把握，也不直观，也就是说物体受到的最大静摩擦力到滑动摩擦力的转变的瞬间是很难把握的，所以用激光器固定在被测物体上，激光照射在与被拉物体连在一起的屏幕上，激光首先照射在屏幕的边缘，当两物体发生相对滑动时，激光会照射在屏幕上，通过观察激光在屏幕上由无到有来把握两物体间的相对滑动的临界点；并通过连在一起的传感器显示屏很直观地观察到，相对静止时静摩擦力随外力的增大而增大，增大到最大静摩擦力这临界值就相对滑动，变成滑动摩擦力，由于接触面上μ和N不变，滑动摩擦力的大小就不变，其传感器显示的示数不变.同时能给学生一个直观的印象：最大静摩擦力大于滑动摩擦力

（2）激发学生学习热情.由于使用了激光器和传感器，演示效果明显，学生热情高涨，参与度高.

（3）更精确地确定摩擦力值.由于人用手去拉滑块时的力的大小不易控制，通过小水桶用细线连接滑块，缓慢往水桶里注水，可连续增大对滑块的拉力，显示连续的摩擦力值.