巧妙处理牛顿第二定律实验中的摩擦力

摩擦力的处理，关乎到牛顿第二定律实验是否成功的关键，下面就摩擦力的处理方式展开讨论，并通过四种方式巧妙展示摩擦力的处理问题.希望通过这种有针对性的对比，向老师和学生展示一个全新的思考角度，使牛顿第二定律实验更加精彩.

1 减小摩擦力

实验设计如图1.

第一，因为摩擦力的存在，使我们在计算物体的合力的时候很不方便，所以采用了一种叫气垫导轨的仪器，来减少摩擦，给学生简单介绍气垫导轨的工作原理.第二，为了更好的计算合力，我很希望实验中砝码与砝码盘质量的重力刚好可以和绳子拉滑块的合力相等，这样，我们在实验的过程中，就可以很简单的得到物体受到的合力了，可是要怎么样做才能实现这个想法呢？给学生讲解滑块质量要远大于砝码与砝码盘质量的原因.

2 平衡摩擦力

实验设计如图2.

第一：在未挂塑料桶前，调整垫块，使小车在倾斜轨道上匀速，匀速的状态可以由打点计时器打出的纸带进行判断.这样做的目的，是想通过小车重力的一个分力与小车受到的滑动摩擦力相等即平衡摩擦力，以此消除摩擦力的影响，进而简化对小车受到的合力的计算，此时小车的合力就变成了绳子的拉力.第二：再通过让小车的质量远大于塑料桶和桶中砝码的质量，来使小车受到的绳子拉力大小近似等于塑料桶和桶中砝码重力的大小.

3 隐去摩擦力

实验设计如图3.

第一步：调节垫块，让小车在挂重物的情况下，沿斜面导轨匀速下滑.通过打点计时器打的纸带对匀速状态进行判断，并记录此时所挂重物的质量以及小车的质量.第二步：将拉动小车运动的砝码和砝码盘去掉，重新在第一步已经调整好的斜面上，释放小车，此时小车受到的合力大小就是已经撤去的砝码和砝码盘重力的大小，通过打点计时器打出的纸带，计算小车的加速度.第三步：重新调整砝码盘里的砝码质量，再重复步骤1和步骤2，就可以得到，质量一定的情况下，小车加速度与合力的关系.

在这个实验设计中，我们没有单独考虑摩擦力，而是将摩擦力与重力沿斜面的一个分力当作一个整体来处理.利用共点力平衡的条件，巧妙的在小车匀速直线运动状态下，将摩擦力与重力沿斜面的一个分力的和与绳子的拉力大小相等，也就是与匀速直线运动的砝码和砝码盘的重力大小相等.这样做，小车受到的合力，可以直接由砝码和砝码盘的重力简单快捷的读出，而且不用像实验设计一、实验设计二那样做一些有关合力方面的近似处理，使实验的条件，得到了严格的保证.

4 利用摩擦力

实验设计如图4.

第一步：测量滑块质量.第二步：将质量一定的滑块，从某一斜面A处释放，经过不同材料制作的平板轨道，最终停下.记录滑块经过水平平板轨道上的任意一点B到最终停下来的位移和时间以及轨道所用材料.第三步：更换其它材料的平板轨道，重复步骤2.

这个实验设计是用滑动摩擦力来充当物体运动过程中受到的合力，通过改变物体间的摩擦系数的方式来改变物体受到的合力.这个方法非常巧，不仅不用消除摩擦力的影响，反而利用了摩擦力.这种设计的巧妙还表现在，不是通过正压力来改变的合力的大小，而是通过摩擦系数，因为一旦通过改变质量来改变摩擦力，就保证不了在质量不变的前提下，研究加速度与合力的关系了.这个方案是学生设计的，我们看到学生竟然选择改变摩擦系数，来改变合力，这对牛顿第二定律实验的设计，绝对是一次非常规思维的精彩展现.

整个实验，采用的仪器是滑块、斜面以及用玻璃板、木板和毛巾不同材料做的平面轨道，我想，即便是在教学设备落后的学校也完全可以开设这种设计的牛顿第二定律实验，而且测量方便，实验条件保证的也很好.为了使这个实验中的摩擦系数更准确，我们在这种利用摩擦力的设计方案中，又补充了一个专门测量摩擦系数的简单实验，如图5 .

放置实验中用到的滑块和平板轨道，用拉力F拉动平板轨道，通过弹簧秤测出滑块受到的滑动摩擦力.再利用滑动摩擦力的公式和前面已经测出的滑块的质量，求出滑块与不同材料的平板轨道间的摩擦系数.

通过摩擦力这个视角，我们采用四种不同的思维方式解决了实验中的关键性问题，尤其是后两种方法，完全超越了教材.理论上使我们的实验测量变得更准确，更容易！我想，我们老师在进行实验课前，如果能站在更高的思维角度去看待实验，那么，实验本身也许不再是难点.让我们的学生真正体会实验的精彩设计之处，他们也会变得更加聪慧，或许你的学生也能和你一起设计出更好的实验方案，而且超越实验本身带给我们的那些智慧！