摩擦力实验总结范文
时间：2024-01-19 15:14:36
摩擦力实验总结篇1
[关键词]摩擦材料；试验机；摩擦磨损性能；研究
中图分类号：TU528. 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）07-0251-01
摩擦材料试验机是检验摩擦材料制动性能和质量指标的必备设备。摩擦材料因工作状况不同，表现出的摩擦性能也会有所不同。随着汽车制造业多元化发展，摩擦材料的应用越来越广泛，这些变化丰富和改变了摩擦材料工况条件。原有的摩擦材料试验机，如定速式试验机，只允许在定速定压的条件下对摩擦材料的性能进行检测，显然无法满足多变条件下对摩擦材料的制动性能进行评价。因此，需要在定速式试验机的基础上改善工况条件，通过工况条件对摩擦材料性能的影响，进一步确定工况特性与摩擦磨损特性之间的关系。如今，检测摩擦材料性能的试验设备有小样试验机和惯性台架试验机，小样试验机功能单一，对实际工况模拟性差。台架试验机实验周期长、费用高。两者在检测摩擦材料性能上都有局限性。
一、变速变压摩擦材料实验机的结构设计
1 总体结构
变速变压摩擦材料实验机通过对现有标准摩擦材料试验机的分析，提出变速变压摩擦材料试验机原理，并确定其主要参数。根据实验要求，提出变速变压摩擦材料试验机的基本构思，确定其总体结构，并对具体结构和重要参数控制与测量进行分析研究。该试验机的动力来源于交流电机，通过变频调控器实现变速功能[1]。在扩大工况情况下，可将试验机应用于多种环境下的摩擦材料性能检测，实现了试验机的一机多用，同时也能有效检测摩擦材料的制动性能。在保留定速试验机水冷的基础上加设风冷，从而使模拟的工况条件更为真实，为提高检测的准确性创造了适当的环境。
变速变压摩擦材料试验机由摩擦盘驱动系统、液压系统、电控和软件系统等构成，其组装特点主要表现在驱动机构、变频调速系统、液压站等的位置设置上。
2 加载机构
定速式摩擦试验机在对摩合性好的摩擦衬片进行试验时，产生的振动几乎可以忽略不计，但在试验过程中，若遇持续升高的温度，摩擦盘在冷却变形之后势必会带动检测设备的振动，从而影响检测结果的准确性。定速试验机只有在定压的条件下，才能对摩擦衬片进行有效的检测，具有一定的局限性，而变速变压试验机能够避免振动造成测量值偏差问题，实现对摩擦衬片有限检测的目的[2]。新实验机在设计之初就考虑单臂杠杆加压不稳定的因素，为降低因机械振动带来的误差，在龙门架的中心位置配置了一个活套装置，从而减少正压力传递时产生的阻力，同时还可以有效降低相对转动时产生的切向力。在摩擦面上施加液压油，可以保证试验机在任何状态下正压力的稳定性，从而有效提高了检测结果的准确性。
3 液压系统
变速变压试验机为有效施加制动力，在加载部分运用了液压技术，同时为了控制制动力矩，采用了电液伺服反馈控制技术，该技术将原件输入的信号变化进行规律性的振动[3]。本液压系统利用的是电液伺服阀，将微弱的电气信号放大，实现大功率的液压能量输出，有效提高了控制系统实施操作的准确性。
二、 重复性试验检测与结果分析
为验证变速变压摩擦材料试验机的可比性，均采用同一批次的摩擦材料样品、相同材质的制动盘，分别按同一试验方法标准，在新试验机和CHASE及KRAUSS试验机上进行比对实验。结果表明：新试验机与CHASE试验机的检测结果具有良好的一致性和可比性，说明新试验机在一定程度上替代CHASE试验机用于摩擦材料摩擦磨损实验研究；与KRAUSS试验机也具有一致性，但稍有差距，但符合试验误差要求。
采用碳纤维作为摩擦材料，主要考虑其具有降低噪音，舒适度高，摩擦系数稳定等优点，且产品价格较低，对于其广泛应用提供了有利保障[4]。鉴于碳纤维材料在工业上应用的可行性，将对由碳纤维制成的制动衬片摩擦磨损性能进行试样测定，分别采用定速式摩擦试验机以及变速变压摩擦试验机确定材料的摩擦磨损性能。
1、试验条件
选择捷达轿车盘式刹车片为样品，使用摩擦材料切割修正机获取两组尺寸相同的试样，即样品1和样品2。
2、摩擦盘
变速变压试验机的摩擦盘为配套产品，材料成分与Chase试验机制动器相同。
3、实验标准
执行GB5763-2008标准。
4.实验结果分析
在试验中，变速变压摩擦试验机的标准制动盘温度差允许在2%左右，转速差允许在2%左右，制定盘压力差允许值在2%左右。从试验所得的数据上看，试验数据均符合要求。同时，试验的摩擦系数和厚度磨损率也十分接近，这说明变速变压摩擦试验机可以符合试验标准要求。
结束语：
变速变压摩擦试验机的研制提高了小样试验的工况模拟程度和实验数据的可信度，有助于小样试验方法的改进，扩大小样实验的范围。同时，可大幅减少设备投资和实验费用，提高实验效率，为摩擦材料磨损试验研究探索出一条新的途径。
参考文献：
[1] 王发辉，刘莹.莫来石纤维含量对陶瓷基摩擦材料摩擦磨损性能的影响[J].材料工程，2012，36（12）：61-65.
[2] 蒋世文，张兆森，严深浪等.孔隙度对湿式铜基摩擦材料摩擦磨损性能的影响[J].粉末冶金材料科学与工程，2012，17（1）：109-114.
[3] 马彪，赵家昕，陈漫等.摩擦材料特性对离合器热弹性不稳定性的影响[J].机械工程学报，2014，50（8）：111-118.
[4] 吴昊，吴星平，陈名海等.碳纳米管增强铝基复合材料的制备及摩擦磨损性能[J].热处理，2013，21（5）：44-48.
摩擦力实验总结篇2
【教材分析】
本节可包括以下三部分的内容：
（1）通过常见事例或实验，了解摩擦力；（2）决定滑动摩擦力大小的因素；（3）增大、减小摩擦的方法。在讲述摩擦力时，为了不使问题复杂化，教材中没有提出静摩擦的问题，而是统称为摩擦。教材对滚动摩擦也没有单独讲述，而是作为减小摩擦的方法来介绍的。教材中没有具体讲述摩擦力产生的原因，教学中使学生有所了解即可，不必引申。教材首先通过分析一些事例使学生认识摩擦力的存在，并在此基础上说明摩擦力是阻碍物体相对运动的；随后研究滑动摩擦力的大小跟哪些因素有关。摩擦在生活和生产中都有重要的意义，教材最后用较大篇幅讲述了增大摩擦和减小摩擦的方法。
虽然教学的重点在于应用摩擦知识解释实际现象，学会根据不同条件选择增大或减小摩擦的方法，但这些应用都基于对影响摩擦力大小因素的理解，因此，应充分重视研究影响摩擦力大小因素的实验。
【教学目标】
1.知识与技能。
①知道滑动摩擦力大小与接触面粗糙程度、接触面之间压力的大小有关；
②知道摩擦在实际中的意义及增大和减小摩擦的方法，并能在日常生活中应用这些知识；
③进一步熟悉弹簧测力计的使用方法；
④培养学生逻辑思维能力、培养学生利用知识解决实际问题的能力。
2.过程与方法。
经历探究滑动摩擦力与压力、接触面粗糙程度关系的过程，体会怎样进行科学的猜想，理解在研究多因素问题中怎样运用“变量控制”的方法。
3.情感态度与价值观。
培养学生探究勇气、实事求是地进行实验的科学态度以及与他人交流与合作的精神。
【教学重点难点】
本节教材的重点是探究摩擦力的大小与什么因素有关的探究。对于教材中的知识点，学生大都能理解和掌握，但更重要的是让学生在探究能力培养和探究过程体验方面，通过对影响滑动摩擦力大小的各种因素的实验探究，突出“猜想与假设”这个环节，同时认识在探究过程中“控制变量法”的意义和方法并熟练地记录测量数据的表格的设计。
【教学设计思路】
本节课我打算采用以教师引导，学生探究和实验为主的启发式教学。将全班分为10个组，分别探究影响滑动摩擦力的因素。
【教具】
对于每个实验小组，准备了相同的器材：一个弹簧测力计、摩擦计、两个钩码、一块木板、一块棉布、一条毛巾。另准备玻璃球30个、带芝麻的花生豆30个、筷子若干。多媒体课件。
【教学程序设计】
一、创设情境，引入课题
先播放一段多媒体画面：在冰面上或穿上旱冰鞋在光滑的地面上行走；汽车在雪地上艰难行走，当轮胎上裹有铁链后就能前进自如了；生锈的铁锁打不开，当加了几滴油后就可以打开了；运动员赛跑时穿着带有铁钉的跑鞋等。
看完这个，我们再做一个游戏，游戏规则是这样的：全班分成十个组，每组选择一名同学，同学分别把两种数量相同的玻璃球和外面裹着芝麻的花生豆，用同样的筷子从一个盒子夹到另一个盒子中，看一看哪一个容易夹起。
提问：为什么夹玻璃球不容易？
学生回答（学生利用生活中掌握的知识会解释原因），引入新课。
二、新课学习
1.介绍滑动摩擦力的概念及摩擦的分类。
先请同学们把手平放在桌面上，手心朝下，一起来做几个动手实验。
（1）手平放在桌面上，用力推或拉，使手在桌面上运动，感受有没有一个阻碍手运动的力；
（2）手平放在桌面上，用力推或拉，但保持手不动，感受有没有一个阻碍手运动的力；
（3）手平放在桌面上，保持手不动，也不用力推或拉，感受有没有一个阻碍手运动的力。
师问：这个阻碍手运动的力是什么力？
学生回答。（摩擦力。）
师出示课件：用二个长毛刷毛对毛合在一起，并产生相对运动，让学生看到二个毛刷的毛分别产生向不同方向的弯曲。进一步引导学生得出摩擦力是在两个物体表面间产生的，这个力的作用是“阻碍”物体的相对运动。并且学生也会通过两个面的刷毛的弯曲方向不同进一步理解每个面受到摩擦力的方向。进而引导学生总结出摩擦的概念。
师问：谁来给摩擦力下个定义。
学生回答，其他学生补充。
师出示课件：摩擦力的定义，并指出定义中的重点词，如“相对运动”“阻碍”等。
出示多媒体课件：摩擦力的种类分为滑动摩擦、滚动摩擦以及静摩擦，以及各自的概念。（课本中是把滑动摩擦、滚动摩擦、静摩擦合在一起的，没有具体的区分，我在这里简单地向学生解释了三种摩擦的区别。）
师：哪位同学能在日常生活你认识的摩擦中分别举出这几种摩擦的例子。
学生回答。（教师给予指正。）
师指出：当你推箱子时，箱子越重，推起来越费力；地面越粗糙，推起来越费力。看起来，影响摩擦力大小的因素可能有什么？接下来我们来探究影响滑动摩擦力大小因素。
2.探究：摩擦力的大小与什么因素有关。
（1）进行猜想与假设。
师：同学们猜一猜滑动摩擦力的大小可能与哪些因素有关呢？
学生猜想并回答。
学生1：滑动摩擦力的大小是否与压力有关？
学生2：是否与接触面的粗糙程度有关？
学生3：是否与物体运动的速度有关？
学生4：是否与接触面面积的大小有关？
师：同学们，你们每个组都有一些器材，请你们根据这些器材来验证你们的猜想。
（2）指导学生制定探究计划与设计实验。
师：用什么工具来测滑动摩擦力？
生：弹簧测力计。
师：弹簧测力计的拉力和摩擦力是同一个力吗？
生：不是。
师：如何才能从弹簧测力计的读数中知道滑动摩擦力的大小？
生：根据二力平衡的知识。
师：那么实验中应该让木块做怎样的运动？
生：匀速直线运动。
师：这时的弹簧测力计应该怎样调零？
生：放在水平方向然后调零。
师：影响滑动摩擦力大小的因素可能不止一个，那我们在设计实验时应该注意运用怎样的科学研究方法？（控制变量法。）
学生小组进行实验探究，每个小组只选择一个问题进行探究，得出结论。
师：请每组派一位同学到讲台前说说他们组制定出的探究计划，并在黑板上画出他们设计的记录实验数据的表格。在这个过程中，注意引导全班同学对他们方案的理解，特别是对实验记录表格的设计要进行必要的指导。对不太科学的地方引导本组或其他组同学补充完善。
（3）指导学生进行实验与数据记录，分析得出实验结论。
在整个实验过程中教师要进行巡视，并适时进行指导。实验结束后，四个实验小组的代表公布自己的实验数据，全班同学共同对这些数据进行分析，得出实验结论。无论学生的猜想是否与实验的结论相符，都要对学生进行鼓励，肯定他们的这种实事求是的探索精神。
实验结束后，还可以鼓励学生思考：能不能固定弹簧测力计不动而只拉动木板呢？为什么？并且让学生们再简单操作一次，让他们自己发现这样拉动时弹簧测力计的读数比较稳定，容易读出正确数值，实验效果更好，而且这也更能帮助他们理解“相对运动”的含义。
（4）师出示课件：让学生都能看清整个影响摩擦力大小因素的实验，并得到明确答案是压力和接触面的粗糙程度。
师：对于摩擦力来说有时有用，有时有害，那么如何增大有益摩擦，又怎样减小有害摩擦呢？接下来我们一起看一个短片。
3.怎样增大和减小摩擦。
（1）播放影音资料有趣的摩擦。（播放视频《鬼子来了》中潘长江所饰鬼子踩在倒了豆子的地面上摔跤的情景。还有小朋友捉泥鳅的画面，一捉一滑。播放画面：搬油桶，“移”重于泰山，“滚”轻于鸿毛。）
师问：短片中是如何增大和减小摩擦的？
生答：让学生结合通过实验探究得出的结论、学生刚列举的现象、播放的视频及课本中的实例，辩证地认识摩擦力在生活中的利与弊，得出增大和减小摩擦的方法。
增大摩擦：A. 增大压力；B. 增大接触面的粗糙程度。
减小摩擦：A. 变滑动为滚动；B. 使接触面分离：①加油②利用电磁场③压缩空气。
师出示课件给总结。
（2）师问“除了短片中的这些摩擦外，在生活中还有什么地方存在摩擦，人们是怎样增大和减小摩擦的？”
师：我们生活中处处几乎都有摩擦，那么假如生活中没有了摩擦会怎么样呢？
学生想象，大胆发言。
师：从同学们刚才的话中我们都听出来了，我们的生活中离不开摩擦。随着科学的发展，我们会不断地改进和创造，把我们的国家建设得更加美好。
4.当堂反馈。
（1）采用讨论的形式，讨论：
师出示课件：假如生活中没有摩擦力……
生：学生讨论，假如我们的生活中没有了摩擦力会是什么样呢？
（2）用多媒体播放一段文字并配上录音，介绍生活中无处不在的摩擦，加深对摩擦力的认识。
5.当堂检测。
见多媒体课件。
6.课后小结。
本节课同学们表现很出色，学习很认真，那么你在本节课的最大收获是什么呢？印象最深刻的是什么？你还想知道什么呢？（学生回答，完成自我小结。）
三、扩展延伸
“今天同学们实在是太棒了，个个都是学习的能手！那么，你们还想不想研究什么呢？老师这里还有几个很难研究的问题，在座的学习能手们谁敢接受挑战？”出示小纸条：①破解黄鳝善于逃走的秘密；②打桌球时擦的滑石粉有什么用？③下大雪时，行走在公路上的汽车的轮胎为什么要绑上铁链？
学生总结一节课的收获。
四、课后作业
观察自行车上哪些地方存在摩擦，其中哪些是有益的，哪些是有害的，分别是采用什么办法来增大或减小它们的。
【设计反思】
1.本节课能很好地体现教与学的交往、互动。在教学过程中，师生双方相互交流、相互沟通、相互启发、相互补充，从而达到共识、共享、共进，顺利地完成了探究任务。
2.在教学过程中，教师始终坚持以学生为主体，教师为主导，教师处在与学生平等的地位中，师生之间是一种人性的、和谐的、平等的新型师生关系。
摩擦力实验总结篇3
一、试样制备
依据标准要求，试片应该从同一片样品中制取两个。在实际的检验过程中，若样品过小无法从一个样品中制取时，可从两个样品中分别制取。制取试片时必须注意摩擦面和摩擦方向。盘式制动器衬片无钢背面为摩擦面，鼓式制动器衬片外弧为摩擦面，所有制动器衬片均以长度方向为摩擦方向;离合器面片有槽面为摩擦面，切线方向为摩擦方向。试片制磨好后，在非摩擦面上标出样品的摩擦方向。若样品带有槽、孔，制取的试片摩擦面应无槽、孔。若样品过小无法避开槽、孔时，以无槽、孔面为摩擦面，非摩擦面的五个测量点应尽可能避开槽、孔。试片摩擦面尺寸为25mm×25mm，允许偏差为－0．2mm～0mm。试片厚度为5mm～7mm，若样品厚度小于5mm(如部分离合器面片)，则按其原厚度，两个试片的厚度差在0．2mm以下。在试验的过程中，偶尔会发现试片磨偏的情况，究其原因，很大程度上是因为试样制作的不规范引起的，从而导致试片磨偏，也造成测试数据误差大，重现性差。一般情况下，在整个试验程序做完，测量试片的最大厚度与最小厚度，两者的差如果在1．0mm以内，就是一个正常的结果。为了在试验中保证测量位置的准确性，要求在试片非摩擦面上做上五个测量点标志和左右及摩擦力方向标志，且每个试片五个测量点的厚度差不得大于0．1mm。
二、试验过程
试片都必须先在100℃以下进行初磨(每次3000转)，直至接触面达到95%以上才能正式试验。试验的过程分为升温和降温两个阶段，也就是检验衰退性能和恢复性能，根据摩擦材料的类别不同，升温阶段的最高温度也不同。在升温测定阶段，试验圆盘温度应在1500转以内升至各个规定的试验温度。当仅靠摩擦热在1500转以内达不到规定的试验温度时，应打开辅助加热装置进行加热。辅助加热装置一般是由系统根据温度情况自动设定开启和关闭，但试验中有出现即使长时间开启电热管辅助加热，仍然升温过慢，无法在1500转以内达到规定温度。这种现象可以尝试以下几种途径解决:(1)检查电热管是否有损坏。电热管总共有大小不同的三根，可以用万用表的电阻档检测电热管的通断来确定是某一根或者某几根有损坏，每根直流阻抗大约为30欧姆。如果使用时间较长，建议三根同时更换。(2)检查电磁阀是否有损坏。如果电磁阀损坏，在加热的同时一直在喷水至摩擦盘底部，也会造成升温过慢甚至温度反而下降。(3)检查热电偶与摩擦盘是否接触完好。热电偶和摩擦盘是必须要面接触，才能较准确地测量摩擦盘表面的平均温度。一种是由于热电偶安装不牢或外部振动引起热电偶的输出电动势不稳定;另外一种可能是由于长时间磨损，使热电偶工作端与摩擦盘处于点接触状态甚至接触不良，因此，随时注意热电偶与摩擦盘接触良好，试验温度必须控制在±10℃以内。另外，如果设备完好，一般情况下，当在较高的温度段结束后(比如250℃、300℃、350℃)要取出试样测量厚度期间，最好适时手动打开辅助加热装置进行预加热(特别是冬天)，从而不致使圆盘温度下降过快，以保证摩擦盘在1500转以内，盘面温度达到相应的测试温度，保证测试数据的准确性。降温阶段，温度从上一个阶段下降到下一个阶段应在500转以内完成。由于这个阶段可以通过水阀调整喷水大小，这个条件比较容易控制。
在试验的过程中，摩擦盘与试块之间往往会产生摩擦振动，当振动达到一定程度的时候，就会影响试验的过程及实验结果的准确性。根据试验中遇到的情况，大致主要有以下几个因素造成:第一，装配时摩擦盘的端面跳动误差没有达到规定的要求，这是定速试验机产生振动的主要振动源，所以也是解决振动问题的关键;第二，加载轴与加载杠杆之间的锁紧螺母没有锁紧，这在试验中也比较常见;第三，加载砝码没有成为一个整体，在试验过程中发生砝码倾斜甚至掉落的情况，导致发生振动现象，一般这种情况下振动的声音很大，比较容易判断;第四，加载轴不良也容易产生振动，但加载轴的要注意一次不能加太多的油，防止油流到摩擦盘表面影响测试结果;第五，机架不稳而产生的振动，这个在安装摩擦试验机的时候就要注意这个问题，在底座处安装能吸收振动的地脚垫铁，以吸收和减小电机及外部环境引起的振动。当然，影响振动的因素有很多，这需要在平时的试验中根据遇到的具体情况不断总结，尽可能减小由于振动对试验结果造成的影响。
在试验的过程当中，软件会实时显示各个温度段的摩擦系数曲线。由于摩擦系数是表征摩擦学特性的重要参量，它不仅可以评定一种摩擦材料的减摩性能，而且还可以根据它的变化趋势来获得材料的耐磨效果。因此，我们要在试验过程中随时监测摩擦系数曲线的动态显示。理想的曲线应该是在各个温度段，摩擦系数在它的指定摩擦系数附近有一定的波动范围(即与指定摩擦系数的偏差范围)，但是在试验中也发现过曲线波动范围过大，出现了异常现象。经过分析，主要由以下几个原因造成:一是由于摩擦盘的跳动造成的。这时应卸下摩擦盘重新调整摩擦盘的平整度;二是由于正压力加载轴的缺少。加载轴不良不仅容易造成振动，而且无法提供正确的正压力，而正压力的加载直接关系到摩擦力的大小，因此会使计算出来的摩擦系数显示异常;三是要检查张力传感器是否出现故障，要时刻注意张力零位，一般在20以下，否则拉力传感器就有问题。
三、数据处理
试验过程中要实时采集摩擦力的大小，但在计算摩擦力和磨损率的公式中用到的摩擦力的取值是不同的。摩擦系数中的摩擦力是以总摩擦距离的后半部分稳定的摩擦力的平均值来计算的，而磨损率中的摩擦力是以试验时总的平均摩擦力来计算的。升温阶段，每个温度段试验开始前要用千分尺分别测量两个试片5个点的初始厚度，对于同一个试片，系统自动将上一个温度段试验后的试片厚度作为下一个温度段试验前的试片厚度，因此，在每个温度段装入试片时切记左右样品及装入支撑臂的方向不能变化。由于摩擦产生大量的热量，容易造成试片产生膨胀，因此要注意试片厚度的测定应待试片冷却至室温后进行。要注意的是，磨损率结果不能为负值。降温试验是连续进行的，试验前应先将试验圆盘温度加热至最高温度，不同的温度段转换时没有停机，对于每一个温度段的试验结果值计算摩擦系数，因不测量试片的厚度，故不能计算磨损率。由于所有的温度段的摩擦系数、磨损率等数值均是由计算机自动计算完成，并自动转换成曲线图，因此，要严格按照要求的试验步骤和方法，才能使数据准确可靠。
对于检验机构而言，通过将试验后的数据跟相应的标准相比较，就能判断样品是否合格。生产企业也经常结合与试验有关的因素，对试验数据进行反复处理分析，来判断试验配方的优劣性。比如可以用同一组试样重复试验三次，从而检查反复使用后摩擦性能的变化情况，通过对比三次试验所得的数据，分析其离散程度，以确定材料的性能及生产工艺的稳定程度。另外，由于摩擦材料在摩擦过程中伴随着表面温度的升高，有时会发生膨胀，实测的厚度磨损值很可能不准确，而重量的损耗却比较真实，因为它不受膨胀的影响。因此对于磨损率的处理，企业经常通过对试验前后试片的称重，将重量磨损率折算成体积磨损率。
四、分析小结
经过大量的试验，我们可以总结出，摩擦系数不是固定不变的，摩擦盘表面温度对摩擦系数的大小有很大的影响，随着温度的升高，摩擦系数有变大的趋势。一般来说，升温时衰退率较小，降温时恢复率较高，而且偏差较小的数据，它的摩擦性能也越好。当然，在使用中，摩擦材料性能又与温度、速度和载荷等制动时的工况有关。
摩擦力实验总结篇4
（1）知道什么是滑动摩擦力和静摩擦力，能够从日常生活中发现有关摩擦、摩擦力的现象；
（2）知道滑动摩擦力的大小跟哪些因素有关.能够对问题提出有根据的猜想与假设，能设计研究摩擦力大小与哪些因素有关的实验.对自己设计的实验能搜集数据和证据，并验证自己的猜想；
（3）会用弹簧测力计测量滑动摩擦力；
（4）知道增大有益摩擦和减小有害摩擦的方法，知道摩擦在实际中的意义.能应用所学知识解决增大摩擦和减少摩擦的方法.能选择适合自己的方式表达对摩擦的研究结果；
（5）研究与自行车相关的摩擦问题，能用学过的基础知识解决实际问题，初步形成用物理知识解决实际问题的能力.
2重点、难点
重点：影响滑动摩擦力的大小的因素，解释生活中的摩擦现象.
难点：如何引导学生进行科学的自主的实验探究.
3教具
多媒体课件、弹簧测力计、木块、木板、砝码、毛巾、轴承、螺旋弹簧、小车、茶叶桶等.
4教学过程
4.1新课导入
课件展示图片：钉鞋、跑鞋、平底鞋、棉鞋、溜冰鞋各一双.
问：如果老师要参加100 m的赛跑，你会选哪一双鞋呢？如果我要去溜冰你又会帮我如何选择呢？为什么要作这种选择？
学生观察并发表意见.（总结鞋子中还有有关摩擦的大学问呢！）
想一想：在日常生活中你们还见到了哪些和摩擦力有关的现象？
看一看：有趣的摩擦 （播放画面1――汽车在冰面和泥地里打滑）图中汽车出现了什么情况？为什么？怎样解决？（安装防滑链、垫上草垫等）
有趣的摩擦 （播放画面2――搬油桶，“移”重如泰山，“滚”易如反掌 ）
做一做：你能做一个简单的实验制造出一种摩擦吗？能交流一下在摩擦实验过程中你的感受吗？
想一想：你们想研究摩擦力的哪些秘密呢？（把学生提出的问题板书出来）
4.2新课学习
4.2.1摩擦力概念的引入
做一做：（1）水平桌面放置一个重物，提问物体受到了几个力？（重力与支持力）
（2）用螺旋弹簧水平拉重物，观察到弹簧拉长了，重物没有移动.为什么？（分析：弹簧伸长了，证明了我们对物体施加了力的作用，受到力物体却并没有移动，说明在重物与桌面间有一些“隐身的力”在与我“拔河”，不让我拉着重物走，这些调皮的“隐身的力”就是摩擦力，这种摩擦力是物体想要运动但又没有运动的时候产生的，这种摩擦力就是静摩擦力.）
（3）继续用弹簧拉着物体在桌子上运动，这时也有摩擦力吗？这种摩擦力就是滑动摩擦力.
总结摩擦力是一种常见的力.两个互相接触的物体，当一个物体要发生相对运动或已经发生相对运动时，就会产生一种阻碍相对运动的力，这个力就是摩擦力.
4.2.2研究摩擦力的大小与哪些因素有关
猜一猜：摩擦力的大小可能与哪些因素有关系？生活中你有这方面的经验吗？学生提出推动一张课桌比推动一张讲台容易，猜想摩擦力可能与质量有关；在冰面上行走比在平时的路面上行走困难，猜想摩擦力可能与路面的粗糙程度有关；赛车的轮胎很宽，猜想摩擦力可能与接触面的面积的大小有关；车轮都是圆的，猜想滚动比滑动容易；汽车速度大不容易刹住，猜想速度大摩擦大……
做一做：测量摩擦力的大小.教师示范并用媒体播放：拉着木块在水平桌面上做匀速直线运动，当木块做匀速直线运动时，拉力和摩擦力是平衡力，摩擦力和拉力大小相等、方向相反.所以，只要用弹簧秤测出拉力的大小，就知道了摩擦力的大小.
小组讨论：研究一个物理量可能同时与几个因素有关时，应该采用怎样的方法来研究？如何通过实验来研究摩擦力的大小跟这些因素的关系？
小组交流：（1）各组学生分别汇报准备进行的实验方法；（2）学生以组为单位，安排好每个人的实验分工.
比一比：看谁的实验做得好.学生按照所设计的方法进行实验，教师巡视指导.
议一议：学生反馈实验现象，并说明原因.各组实验数据表格实物投影.想想如何分析实验数据表？分析实验数据看摩擦力的大小跟压力大小、跟接触面的粗糙程度、接触面的面积的大小、物体的速度的大小是什么关系.
实验结论：摩擦力的大小跟压力大小、接触面的粗糙程度有关；与接触面的面积的大小、速度的大小无关.在接触面不变的情况下，压力越大，摩擦力越大.在压力不变的情况下，接触面越粗糙，摩擦力越大.
想一想：在探究的过程中，你有什么收获？你还有什么问题无法解决？
辩一辩：摩擦对我们的生活是有益的还是有害的？（学生自由辨论，两分钟时间，最后教师作总结性发言：摩擦力，让人欢喜让人忧！对于有益摩擦，要想方设法增大它，对于有害摩擦，要想方设法减少它.）
谈一谈：增大和减小摩擦的方法.
教师：摩擦力是普遍存在的.在很多场合，摩擦力是有益的.请大家说说摩擦力的有益之处.（学生回答）
人走路时不打滑多亏了摩擦力.我们拿起一个茶杯，靠的就是手和杯子之间的摩擦力.缝纫机的大轮带动小轮转动，那是皮带和轮子之间有摩擦力的缘故.
凡是摩擦有益的场合，我们应该设法增大摩擦，根据摩擦力的大小跟压力大小和接触面的粗糙程度有关的道理，请大家举例说明在什么场合用什么方法增大有益摩擦.（学生举例并分析）（多媒体演示.）
大家想象，生活中一旦失去了摩擦力会变成什么样子？（可以发挥学生的想象，学生的思维在这里被有效激活）
教师：摩擦力并不是都有好处，在有些场合是有害的，必须设法减小它.大家想想，减小有害摩擦的方法有哪些？（学生讨论并回答）
机器的各个部件之间的摩擦不仅浪费动力，而且造成机件的摩损，影响机器的寿命.
由于摩擦力的大小跟接触面的粗糙程度有关，要减小有害摩擦，应该使物体表面更光滑.但是，利用这种方法还不能使摩擦力减小到令人满意的程度.
试一试：利用滚动代替滑动来减小摩擦.
现在，我们再做一个实验.在木块和木板之间放一排圆铅笔，使木块做匀速直线运动，测出拉力的大小.（学生操作）
由实验可知：利用滚动代替滑动可以减小摩擦，这就是所有的车辆都安上轮子的道理.机器的转动部分安装滚动轴承，轴承内圈和外圈之间装有很多光滑的钢球或钢柱（展示轴承），这样，转动时的滚动摩擦非常小.（多媒体演示.）
找一找：你在生活中见到哪些增大或减小摩擦的实例？以自行车为例说明.（可以找一辆自行车，对着自行车，学生讨论热烈）还有一种减小摩擦的方法是使两个互相接触的摩擦面彼此离开.加油可以在摩擦面间形成一层油膜，运动部件只在油膜上滑动，减小了摩擦.利用压缩气体在摩擦面之间形成一层气垫，使摩擦面脱离接触，可以使摩擦变得更小.气垫轴承、气垫船就是利用气垫来减小摩擦的.（多媒体演示.）
练一练：上网搜索一下“摩擦”，看看摩擦在各方面的应用以及相关的课件和文章.
摩擦力实验总结篇5
关键词：岩石力学；节理；直剪试验；剪切速率；峰值抗剪强度；总摩擦角；微凸体
中图分类号：TU432；TU452 文献标志码：A
Abstract： The study on mechanical characteristics of rock discontinuity under different shear rates is an important premise of rock slope dynamic response analysis. Based on Barton peak shear strength theory and root mean square first-order derivative method calculating joint roughness coefficient， the laboratory direct shear test results of peak shear strength of rock joint under different shear rates with constant normal stress in previous researches were calculated， the effects of shear rate on total friction angle of rock joint were discussed， and the empirical formula of peak shear strength of rock joint related to the shear rate was proposed. The results show that when the shear rates are 0-0.8 mm・s-1， the total friction angles of rock joint samples vary in the form of negative logarithm with the variation of shear rate； the total friction angles of rock joints decrease with the increase of shear rate for rock joints with relative strong homogeneity and isotropy， and increase with the increase of shear rate for rock joints with relative strong heterogeneity and anisotropy， and the increase range of the latter is less than that of the former； the physical property and microscopic geometry of rock joints play an important effect on the variation of total friction angles with the increase of shear rate， the physical property of rock joints plays an important effect on the increase or decrease tendency of total friction angle， and the microscopic geometry of rock joints plays a significant effect on the variation range of total friction angle.
Key words： rock mechanics； joint； direct shear test； shear rate； peak shear strength； total friction angle； asperity
0 引 言
岩质边坡动力反应在很大程度上受到结构面的制约，因此，研究结构面的动力特性特别是动力剪切特性是进行岩质边坡动力反应分析的重要前提[1]。地震荷载既是动荷载也是循环荷载[2]，对于静力条件下稳定的岩质边坡，在地震荷载的动态循环剪切作用下，结构面强度降低，导致坡体沿结构面发生错动或滑移，进而引发地震滑坡，因此，岩体结构面在动态循环剪切荷载作用下的强度劣化及变形机制是进行工程边坡地震防控中亟待解决的关键问题之一。基于上述认识，Plesha等进行了一些研究工作[3-11]。刘博等研究了天然岩石节理（或人工岩石节理）在循环荷载作用下的剪切力学行为[2，12]。Crawford等对4种岩性的节理试样进行剪切速率为0～200 mm・s-1的试验，结果表明：在低法向应力下，软岩节理峰值抗剪强度随剪切速率的增加经历先增大后不变再减小的过程；中硬岩石节理的峰值抗剪强度与剪切速率无关；硬岩节理峰值抗剪强度随剪切速率变化显著[13]。Jafari等对人工锯齿形岩石节理试样进行剪切速率为0.05～0.4 mm・s-1的试验，结果表明，随着剪切速率的增加，试样的峰值抗剪强度减小；并提出了基于循环加卸载次数和剪切速率的岩石节理峰值抗剪强度经验公式，但该公式缺乏明确的物理意义，不符合莫尔-库仑公式形式[11]。李海波等对水泥锯齿形节理试样进行剪切速率为0.02～0.8 mm・s-1的试验，结果表明，岩石节理的峰值抗剪强度随剪切速率的增大而减小，减小幅度随剪切速率的增大而减小，并提出基于起伏角度和剪切速率的岩石节理峰值抗剪强度经验公式，但该公式仅适用于规则锯齿形人工节理面[14]。Mirzaghorbanali等对人工锯齿形节理试样进行剪切速率为0.5～20 mm・s-1的定法向刚度试验，结果表明，随着剪切速率的增大，节理峰值抗剪强度降低[15]。Atapour等对石膏节理试样和混凝土节理试样进行剪切速率为0.005～0.5 mm・s-1的试验，结果表明，石膏平滑节理试样的总摩擦角随剪切速率的增加而减小，混凝土平滑节理试样的总摩擦角随剪切速率的增加而增大[16]。
本文基于Barton峰值抗剪强度理论[17]，对文献[13]、[14]和[16]中定法向应力条件下不同剪切速率的岩石节理峰值抗剪强度的室内直剪试验结果进行整理与计算，探究剪切速率对岩石节理总摩擦角的影响规律，提出与速率相关的岩石节理峰值抗剪强度模型。
1 节理试样制备及描述
文献[14]和[16]的试验数据均来自于人工岩石节理试样（水泥节理试样、石膏节理试样和混凝土节理试样）的室内直剪试验（表1）。文献[13]的室内直剪试验对象为天然岩石节理试样，包括4种岩性和5组试验，其物理力学参数见表2。
Patton提出一级起伏体和二级起伏体的概念[18]。就试样尺寸而言，一级起伏体是节理的总体起伏或宏观起伏，二级起伏体是叠加在一级起伏体上随机分布的局部起伏或微观起伏[1]。一级起伏体代表了节理面的起伏度，起伏度分为平直的、台阶状的、锯齿状的和波浪状的；二级起伏体代表了节理面的粗糙度，粗糙度包括粗糙的、平滑的和镜面的[19]。从起伏度和粗糙度两方面对上述节理试样表面形态进行描述（表3）。
2 试验结果整理与计算
除了法向应力之外，总摩擦角是岩石节理抗剪强度的另一个决定性因素，因此，总摩擦角的特征能够代表节理抗剪强度的特征，成为节理抗剪强度研究的焦点。通过分析总摩擦角与剪切速率的关系，探究剪切速率对节理峰值抗剪强度特性的影响。目前，岩石力学界提出了超过10个节理峰值抗剪强度公式，如Patton强度公式[20]、Ladanyi强度公式[21]、Barton强度公式[17]、Jing强度公式[22]、Amadei-Saeb强度公式[23]、Homand强度公式[9]等。其中Barton强度公式[17]形式简单且能够反映节理的粗糙度，是目前应用最为广泛的强度公式。
为了验证式（9）的假设是否成立，需要首先确定节理粗糙度系数，考虑节理粗糙度系数尺寸效应，根据式（3）～（6），采取Δx=2 mm和L0=100 mm，对节理粗糙度系数进行延拓（节理粗糙度系数大于20），得到不同人工岩石节理粗糙度系数；由于天然岩石节理粗糙度系数无法计算[13]，所以根据文献[13]对天然岩石节理粗糙程度的描述估算节理粗糙度系数（表5）。白云岩节理试验数据量不足，不予分析。
根据表5和式（9），对不同节理定法向应力条件下不同剪切速率的室内直剪试验数据进行整理，并对相关参数进行计算（表6）。
3 强度模型分析
由Barton强度公式可知，总摩擦角由剪胀角和基本摩擦角两部分组成。在静态或准静态直剪试验中，剪胀角受到节理粗糙度、节理所受法向应力和节理壁岩强度3个因素影响。为了研究剪切速率对总摩擦角的影响，排除其他因素的干扰，式（9）引入速率摩擦角，将剪切速率对岩石节理总摩擦角的影响转化为剪切速率对速率摩擦角的影响，多因素变量变成单因素变量，待研究问题得到简化。
根据表6和式（9），计算不同剪切速率下不同节理试样的速率摩擦角φv平均值进行数据拟合（图2、3）。
对于人工岩石节理试样，当剪切速率在0～0.8 mm・s-1范围内时，随着剪切速率的增加，不同节理试样呈现不同的规律：混凝土节理试样速率摩擦角与剪切速率的负对数呈较好的线性增大关系，根据拟合后的公式计算得到的速率摩擦角最大值与最小值之间相差5°；石膏节理试样和水泥节理试样的速率摩擦角与剪切速率的负对数均呈较好的线性减小关系，根据拟合后的公式计算得到的速率摩擦角最大值与最小值之间分别相差22°和4°。对于天然岩石节理试样，当剪切速率在0～0.8 mm・s-1范围内时，随着剪切速率的增加，不同节理试样呈现不同的规律：砂岩速率摩擦角与剪切速率的负对数呈较好的线性减小关系，根据拟合后的公式计算得到的速率摩擦角最大值与最小值的差值较大，为8°～9°；正长岩速率摩擦角与剪切速率的负对数呈较好的线性增大关系，根据拟合后的公式计算得到的速率摩擦角最大值与最小值的差值较小，为2°～4°；花岗岩速率摩擦角最大值与最小值之差小于1°，基本不变。
基于上述结果，无论是人工岩石节理还是天然岩石节理，当剪切速率在0～0.8 mm・s-1范围内时，剪切速率对速率摩擦角（即总摩擦角）的影响较大，究其原因为节理上、下表面含有的大量微观二级起伏体，而在节理粗糙度系数经验取值和公式计算值中均无法很好地反映这些微凸体。实际上，节理上、下表面通过微凸体相互接触，微凸体的存在使得节理面间的真实接触面积较小，微凸体的接触方式和破坏模式决定了节理面的接触行为和力学特性。当剪切速率发生变化时，微凸体的接触方式和破坏模式发生变化，使得节理总摩擦角随之增大或减小。当剪切速率较低时，微凸体间的接触时间增加，微凸体变形使节理面间的真实接触面积增大[16]，微凸体间的互锁作用增强，即节理面间的内锁程度增大，因此，需要更大的剪切力克服节理面间的内锁作用，使节理峰值抗剪强度增大。当剪切速率增加时，微凸体变形时间减少，微凸体间的接触面积减小，节理面间的内锁程度下降[16]，导致抗剪强度降低，因此，随着剪切速率增加，水泥、石膏和砂岩节理试样的总摩擦角减小，且减小幅值较大。
对于混凝土节理试样和正长岩节理试样，随着剪切速率增加，总摩擦角增大。从基体材料的角度分析，混凝土节理和正长岩节理微凸体具有较水泥节理、石膏节理和砂岩节理的微凸体更强的非均质性和各向异性，因此，微凸体的强度存在差异。当节理面的微凸体相互接触时，由于微凸体存在强度差异，强度较大的微凸体被压入强度较小的微凸体。当剪切速率较低时，微凸体间接触的时间增加，较强微凸体被挤压嵌入较弱微凸体的比例增大，较弱微凸体被破坏，节理面的较强微凸体发挥主要的阻滑和抗剪断作用。当剪切速率增加时，微凸体间没有充分的时间相互挤压嵌入，除了节理面微凸体间的阻滑作用外，剪切力还要克服强、弱微凸体共同的抗剪断作用，加之节理面旧微凸体被剪断后新微凸体，使节理面的非均质性和各向异性增强，导致强、弱微凸体的共同抗剪作用进一步增大，从而可能造成总摩擦角随剪切速率的增加而增大。另外，天然岩石节理前向剪切和后向剪切试验的总摩擦角随剪切速率的变化趋势相同，但变化幅值存在差异，主要原因在于只有面向剪切方向的微凸体接触面对节理的抗剪行为发挥主要作用。
总之，节理面的物性和微观几何形态对改变剪切速率情况下总摩擦角的变化产生重要影响，节理面的物性主要影响总摩擦角随剪切速率增加呈增大或减小的变化趋势，而节理面的微观几何形态主要影响总摩擦角随剪切速率的变化幅值。
4 结 语
（1）基于均方根一阶导数值法的节理粗糙度系数计算方法对Barton提出的节理粗糙度系数进行延拓，利用Barton强度理论对前人关于定法向应力条件下不同剪切速率的岩石节理峰值抗剪强度的室内直剪试验结果进行整理与计算。结果表明：当剪切速率在0～0.8 mm・s-1范围内时，岩石节理试样的总摩擦角随剪切速率的变化呈现负对数变化规律。
（2）对于均质性和各向同性较强的节理（如石膏、水泥和砂岩节理等）随剪切速率的增大，总摩擦角减小；对于非均质性和各向异性较强的节理（如混凝土、正长岩节理等）随剪切速率的增大，总摩擦角增大；后者总摩擦角增大幅度小于前者的减小幅度。
（3）岩石节理的物性和微观几何形态对总摩擦角随剪切速率呈增大或减小趋势及幅值变化情况产生重要影响。
（4）由于仪器设备的限制，剪切速率大于0.8 mm・s-1的试验数据较少，本文所涉及剪切试验数据的剪切速率在0～0.8 mm・s-1范围内；总摩擦角随剪切速率的变化规律具有一定的局限性，但本文的工作可为与速率相关的岩石节理剪切力学特性研究提供一些参考。
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摩擦力实验总结篇6
摘 要：本节课在设计上突显“任务驱动式的合作探究”，通过设计不同的任务关卡，让学生真正的亲自动手，根据实验现象对实验数据分析，应用科学的思维方法进行分析并归纳，找出规律，从而自己得出结论，进而培养学生的创新精神和实践能力。教师作为知识的引导者适当、适时地给学生逻辑思维的点拨，体现新课程改革课堂特点。
关键词：任务驱动，摩擦力，影响因素，实验探究
探究性学习的目的是使学生真正参与探究过程，从过程中获取具体经验和方法训练。“任务驱动”把学生的学习活动与任务相结合，使学生的学习目标十分明确。这样学生就拥有学习的主动权，大大提高学习的效率。因此，本节课以摩擦力第1课时教学设计为例，通过设计四个不同层次的任务关卡，引发学生主动探究的欲望。
一、教材分析
1、本节教材的地位和作用
课程标准中对摩擦力的表述是“通过常见事例或实验，了解摩擦力”。本节教材中摩擦力的测量涉及到二力平衡知识和弹簧测力计的具体应用，“增大和减小摩擦的方法”是摩擦力知识在日常生活和生产中的具体应用。通过学习本节教材的知识，能提高学生利用所学知识解决实际问题的能力。因此这一节课无论在知识学习上还是培养学生的能力上都有着十分重要的作用。
2、教学目标的确定
（1）知识与技能
知道摩擦力是如何产生；大小与什么因素有关；摩擦的利、弊，培养学生利用物理知识解决实际问题的能力。
（2）过程与方法
通过实验，培养观察、分析、概括的能力；通过探究滑动摩擦力大小影响因素，培养实践能力。
（3）情感态度与价值观
培养学生实事求是进行实验的科学态度和精神；注重对学生探究能力、创新精神的培养；让学生以小组合作的形式进行实验，培养学生良好的实验素质和团队意识
3、教材的重难点
本节教材的重点是探究滑动摩擦力的影响因素；增大和减小摩擦的方法
难点是实验的操作（让弹簧测力计拉动物块匀速运动）及改进实验装置。
二、教法和学法
1、教法：教师模拟科学家解决问题的思路，使学生体验科学家的探究过程，在教学过程中注意点拨、引导，发挥辅助和主导作用。
2、学法：学生在自主探究的基础上进行小组合作探究，多角度、多层面的师生间、生生间信息交流，每个学生都发挥各自的优势，获得良好的发展，充分体现学生的主体地位。
三、教学过程
（一）创设情境、引入课题（约3分钟）
1、开展游戏、激发兴趣
相互交错叠压在一起的两本书，让两名同学把它们分开，容易将他们分开吗？这是为什么？播放剪辑视频《快乐大本营》中“啊啊啊啊科学实验站”两本书交错叠在一起荡秋千的环节。播放结束后，学生谈谈自己的感受，与同学们分享。
设计意图：在学生错误的预判中调动学生学习的愿望，让他们的思维动起来、激发求知欲，积极参与思考讨论。
2、走进生活、问题导入
联系生活中常见的现象：（1）春天雨水连绵，有些路面长藓苔，这样的路好走吗？（2）洗澡时用的搓澡巾，为什么它的表面非常粗糙？（3）用力推一个大木箱，为什么有时候会推不动？在加大力气后，当木箱动起来时，人有时候会向前跌倒？（4）现有钉鞋、跑鞋、平底鞋、棉鞋、溜冰鞋各一双．如果你要参加一百米的赛跑，你会选哪一双鞋呢？如果你要去溜冰你又会如何选择呢？为什么要作这种选择？学生结合各自的生活经验，自由发表意见。
设计意图：结合日常生活经验，提出摩擦的问题，目的就是创设问题情境，触发学生对摩擦力的关注。
（二）新课学习
1、交流体验，生成问题（约5分钟）
1）手平放在桌面上，用力推，使手在桌面上运动，感受有没有一个阻碍手运动的力？
2）手平放在桌面上，用力推，保持手不动，感受有没有一个阻碍手运动的力？
3）手平放在桌面上，不用力推，保持手不动，感受有没有一个阻碍手运动的力？
通过亲身感受摩擦力，生成问题：
（1）什么是摩擦力？（2）摩擦力产生的条件？（3）摩擦力的方向？（4）摩擦力的种类？（5）滑动摩擦力与哪些因素有关，与哪些因素无关？（6）不同摩擦力的特点是否一样？等等。针对学生生成的问题，按一定的顺序板书出来，引导学生交流讨论，自己建构摩擦力相关的概念，定性了解静摩擦和滑动摩擦的异同点。
设计意图：通过实验让学生充分体验物体在不同运动状态时的摩擦力情况，以及摩擦力的方向。目的就是让学生能够生成更多的问题，也更好为学生提供一个非常丰富的信息交流平台。
2、任务驱动、合作探究（约为20分钟）
我们要做摩擦力有关方面的探究，该如何进行呢？把问题交给学生，让学生通过闯关形式解决以下几个问题：
关卡一：（1）想研究摩擦力的特征，首先必须能测出摩擦力的大小，如何测量呢？
（2）猜测
滑动摩擦力的大小可能跟那些因素有关系？生活中你有这方面的经验支持吗？
比如推动一张课桌比推动一张讲台容易，猜想摩擦力可能与有关；
在冰面上行走比在平时的路面上行走困难，猜想摩擦力可能与有关；
赛车的轮胎很宽，猜想摩擦力可能与 有关；
学生交流讨论测量摩擦力大小及探究摩擦力影响因素的方案，并以小组为单位进行探究实验，从数据中归纳总结出规律。
探究活动：影响滑动摩擦力大小的因素
关卡二：[小组讨论]
如何利用现有器材改变接触面的粗糙程度？
如何利用现有器材改变物体对接触面接触面压力的大小？
如何利用现有器材改变物体物体接触面的面积的大小？
[设计]
研究一个物理量可能同时与几个因素有关时，应该采用 方法来研究。
研究摩擦力的大小跟接触面粗糙程度的关系时应控制 不变，利用 和 来改变接触面粗糙程度。
研究摩擦力的大小跟接触面接触面压力大小的关系时应控制 不变，通过改变 来改变物体对接触面接触面压力的大小。
关卡三：[小组实验]
如图为探究改变摩擦力大小的方法实验装置，图中表示用同一长方体木块做四次实验，其中甲和丙为同一水平木板表面，乙和丁为同一水平棉布表面。
在这个探究实验中，你觉得小明在操作中应注意的问题是___。
关卡四：[小组总结]
滑动摩擦力的大小跟 大小、有关；与接触面的面积的大小、速度的大小．在接触面不变的情况下，压力，摩擦力越大．在压力不变的情况下，接触面越 ，摩擦力越大．在一定范围内，滑动摩擦力的大小与接触面积的大小。
设计意图：设置不同问题，学生以闯关形式通过不同问题，增大学生学习的积极性、主动性。让学生自主设计探究方案、体验探究过程，突出本节课的重点，解决问题难点。
3、交流展示、提升体验[
教师注意引领学生展示小组讨论成果，补充完善规律，并辅之多媒体出示实验细节和结论（小组学生代表汇报研究成果，组间补充完善）；让学生不断加大力气推自己的课桌，体验静摩擦到滑动摩擦的变化，感受最大静摩擦力略大于滑动摩擦力。
设计意图：在这让学生自己展示，目的是再次为学生们提供交流平台，在学生已有的能力基础上，提升体验，特别是最大静摩擦力与滑动摩擦力大小的关系。
（三）检测反馈、拓展延伸（约6分钟）
1.回顾刚上课时的游戏，解释游戏完成的原因。
2.回想该实验的操作过程，你认为该设计有什么不足？如何改进？（画出改进后的示意图）
设计意图：通过练习让学生不仅明确本节课的重点知识与技能方法，而且还可以起到查漏补缺的作用，完善学生新知建构。
（四）课堂小结（约2分钟）
（五）当堂检测（约4分钟）
练习：在探究滑动摩擦力的实验中，用弹簧测力计拉放在水平木板上的一个物体，物体没有被拉动，此时物体与木板之间 （选填“有”“无”）摩擦；若物体被拉着匀速滑动时，弹簧测力计的示数为2.5N，此时物体受到的摩擦力的大小是 ，这个摩擦力叫做。
（六）课后作业
观察自行车上哪些地方存在摩擦，其中哪些是有益的，哪些是有害的，分别是采用什么办法来增大或减小它们的。
设计意图：让学生带着问题走出课堂，使课堂教学得以延续。拓展的问题来自生活实际，让学生明白物理学习的重要性，物理问题源于生活，解决问题就是服务于生活，达到学以致用的目的。
四、教学反思
探究式课堂教学并非一帆风顺，课堂越开放，可能遇到的棘手问题就越多。如何应对这些问题，特别是及时分清突发问题对本课的教学价值，调整教学策略，这对教师来说是一个极大的挑战。如何变干扰为资源，捕捉学生的闪光点是物理教学的永恒课题。
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廖伟文，《摩擦力》课堂教学设想[J]，新课程(上)；2011年04期
摩擦力实验总结篇7
关键词：汽车；制动；稳定性；热衰退
中图分类号：TH21 文献标识码：A
1概述
制动性能是车辆最为重要的主动安全性能，其稳定性与行车安全密切相关。摩擦材料对温度的敏感性是制动稳定性的主要影响因素之一。在制动过程中，整车的运动动能通过摩擦材料与制动器间的摩擦转化为其他形式的能量，其中，约90%转化为热能，表现为制动器温度的升高。随着温度的上升，摩擦材料的表面膜、机体表层发生复杂的物理和化学变化，从而导致摩擦系数发生明显变化。
摩擦材料的摩擦系数在较低的温度区间随着温度的升高而增加；但在温度持续升高时，摩擦材料发生热衰退，摩擦系数随着温度的升高而降低；而当温度降低到低温区间后，摩擦系数又会逐渐恢复。摩擦材料的这一特性使制动器的制动性能不同温度下发生明显变化。
不同的摩擦材料对温度的敏感特性不同。目前，汽车制动器所使用的摩擦材料主要有无石棉有机摩擦材料、粉末冶金摩擦材料、金属陶瓷摩擦材料、新型混杂纤维摩擦材料、新型陶瓷摩擦材料等。其中，粉末冶金摩擦材料和金属陶瓷摩擦材料应用较为广泛。
粉末冶金摩擦材料是以金属及其合金为基体，添加摩擦组元和组元，用粉末冶金技术烧结形成的复合材料，具有较好的高温强度、耐热性、热稳定性和经济性；金属陶瓷摩擦材料是由金属基体、组元和陶瓷组分组成的复合材料，也是采用粉末冶金工艺制备而成，其具有较高的热容量、良好的热导性、耐高温、耐磨、摩擦系数高、寿命长等特点，在高温下仍能保持优良的性能。
本文选取了4种不同类型的汽车制动器，并通过制动器台架试验，对制动器制动性能随温度的变化规律开展研究。
2试验设备及方法
2.1试验设备
制动器惯性试验台能够利用制动器台架试验再现实车制动过程，并模拟实车制动的冷却条件，广泛应用于制动器总成性能测试。试验台由计算机、液压系统、控制系统、主轴及主轴驱动系统、惯量系统等构成。计算机控制试验台的启停并记录试验数据；液压系统为受试件提供制动压力；控制系统接收计算机控制指令并实施主轴驱动和制动控制；主轴由直流电机驱动，用于获得制动初速度；惯量系统由不同惯量的等比飞轮构成，可以模拟不同类型车辆的行驶惯量。
2.2安装方法
按照文献4规定，为被测样品的制动蹄片、制动衬片安装测温热电偶，并将被测样品安装在制动器惯性试验台上。
2.3试验方法
以65km/h的速度，3.5m/S2的减速度进行200次磨合制动（初始制动温度不超过120℃），然后进行第一次衰退试验：
初次制动初温：78～80℃；
制动初速度：最高设计车速不超过140km/h时，为80km/h；最高设计车速超过140km/h时，为100km/h；
制动压力：第1次制动减速度为4.41km/h，后续制动与第一次制动的压力相同；
制动次数：10次；
制动周期：45s；
冷却条件：关闭送风系统
完成上述试验后，以65km/h的速度，3.5m/S2的减速度进行20次磨合，然后按照第一次衰退试验的试验条件重复试验，记为第二次衰退试验。
3试验结果分析
记录试验过程中初始制动温度、终止制动温度、平均制动力矩、制动压力、制动减速度等试验参数，并计算单位管路压力下的平均制动力矩（下文记为单位平均制动力矩）。衰退试验中，制动力矩下降和升高的程度，用衰退率来表示，按式1和式2计算：
（1）
（2）
式中：Fa、Fa’为衰退率；MB为第一次制动时的平均制动力矩，Nm/MPa；MBmin为第二次与最后一次制动间的最小单位平均制动力矩，Nm/MPa；MBmax为第二次与最后一次制动间的最大单位平均制动力矩，Nm/MPa。
3.1样品1，鼓式制动器，采用粉末冶金摩擦材料
两次衰退试验中，随着温度的升高，制动减速度与单位平均制动力矩均呈下降趋势。低于100℃时，制动器具有最佳制动性能，而10次连续制动后，温度上升至近250℃，制动效能的衰退率也高达近40% 。
进行曲线拟和，可得单位平均制动力矩与温度的关系，曲线见图1。
MB1=f（T1）=222.646-0.421T1 （3）
MB2=f（T2）=228.419-0.411T2 （4）
式中：MB1为第一次衰退试验的单位平均制动力矩，Nm/MPa；T1为第一次衰退试验的制动器温度，℃；MB2为第二次衰退试验的单位平均制动力矩，Nm/MPa；T2为第二次衰退试验的制动器温度，℃；下文符号含义同上。
3.2样品2，鼓式制动器，采用金属陶瓷摩擦材料：
第一次衰退试验中，随着温度的升高，制动减速度与单位平均制动力矩均呈上升趋势，在近300℃的高温下，制动器获得最佳制动性能；而在第二次衰退试验中，最佳制动效能对应的温度区间为170℃～230℃，温度继续升高时，制动减速度和单位平均制动力矩虽然有所降低，但其稳定性较好。可见，采用了金属陶瓷摩擦材料的制动器在较高的温度下仍能获得较高制动效能。
进行曲线拟和，可得单位平均制动力矩与温度的关系，曲线见图2。
MB1=f（T1）=96.461+0.121T1 （5）
MB2=f（T2）=46.534+0.978T2-0.03T2
2（6）
3.3 样品3，盘式制动器，采用金属陶瓷摩擦材料
两次衰退试验中，随着温度的升高，制动减速度和单位平均制动力矩有所降低，但在200℃～400℃的温度下，制动器能够获得较为稳定的制动效能。
进行曲线拟和，可得单位平均制动力矩与温度的关系，曲线见图3。
MB1=f（T1）=260.024-1.073T1+0.004T2
1-4.151×10-6T3 1 （7）
MB2=f（T2）=251.363-0.621T2+0.002T2
2-2.886×10-6T3
2 （8）
3.4 样品4，盘式制动器，采用粉末冶金摩擦材料200℃时，制动器能够获得最佳制动性能，但在第二次衰退试验中，由于持续制动，温度急剧升高至近500℃，制动效能也有较为明显的衰退，可见其制动效能的稳定性较差。
进行曲线拟和，可得单位平均制动力矩与温度的关系，曲线见图4。
MB1=f（T1）= 59.001+0.904T1-0.02T2
1 （9）
MB2=f（T2）= 139.762-0.090T2 （10）
4总结
综合本文上述分析，可得以下结论：
制动器制动性能的热稳定性与摩擦材料密切相关；采用金属陶瓷摩擦材料的制动器较采用粉末冶金摩擦材料制动器具有更好的热稳定性；
在200℃～400℃的高温区间，采用陶瓷摩擦材料的制动器仍具有较高的制动效能或是稳定的制动性能，而采用粉末冶金摩擦材料的制动器则会出现明显的热衰退现象；我国汽车行业推荐标准QC/T 564-2008规定进行制动器制动效能测试时，参考试验的制动初温均为（80±2）℃，但新型制动材料往往在较高的温度区间上具有更为稳定的性能，因此，对应用了新型摩擦材料的制动器，上述制动初始温度的规定有待商榷。
随着新型摩擦材料研究的出现，相关标准的部分条款已不再广泛使用，只有不断细化、更新标准技术内容，开展标准研讨才能充分发挥其指导作用，推动制动技术向前发展。
参考文献
[1]马卫平，野南海. 汽车用摩擦材料国外研究进展[J]. 企业技术开发，2007，（05）：31
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[3]韩翎. 陶瓷摩擦材料配方的优化[D]. 北京：北京化工大学，2006.
摩擦力实验总结篇8
1.改进前的结构和原理
该停车制动器制动鼓安装于变速器高速轴上，转臂和2个制动蹄总成采用浮动方式。连板1和连板2的一端铰接在制动底板总成上，只能在底板平面上摆动；另一端分别装在2个制动蹄总成的长圆形滑槽内。转臂左端铰接在连板1的摆动端，转臂右侧斜边靠在轴套外圆上。轴套套在连板2的摆动端，与连板2为间隙配合。改进前停车制动器结构如图1所示。
停车制动时，制动连杆机构给转臂右端施加一个向上的拉力F。此时转臂通过轴套，驱动连板2绕其铰接点顺时钟摆动，连板2则通过滑槽，将右蹄向右压向制动鼓。与此同时，连板2给转臂一个向左的反作用力，驱使转臂驱动连板1绕其铰接点顺时钟摆动，连板1则通过滑槽将左蹄向左压向制动鼓，从而实现制动。由于转臂和制动蹄都是浮动的，使得两蹄压向制动鼓的压力大体相等，因此这是一个对称平衡式停车制动器。
2.确定故障原因
分析认为，造成停车制动器制动力矩不足的原因主要有：转臂输入的F力不足，制动蹄与制动鼓间隙太大；摩擦片的摩擦系数偏低，摩擦片的摩擦性能变差或有油污；转臂动作时卡滞；停车制动器结构不合理等。
根据停车制动器制动力矩不足的原因分析，逐一进行检查，检查结果如下：转臂施加的F力符合设计要求；该摩擦片的摩擦系数符合设计要求，摩擦片的摩擦性能尚可，且表面无油污；转臂浮动过程中没有卡滞现象。
但是检查中发现以下2个问题：一是测量制动蹄与制动鼓间隙太大（最小处为2.6mm，最大处为3.7mm），需要进行调整；二是通过绘图方法分析制动器相关运动件的受力情况，得知连板2的铰接位置不合理。连板2受力分析如图2所示。
当停车制动终了时，摩擦片与制动鼓贴实后，转臂左端铰接点可以看作固定铰接点。转臂绕该点摆动时，其通过转臂右边的斜边压向连板2摆动端，连板2通过右蹄上的滑槽将右蹄沿x轴方向压紧在制动鼓内壁上。由此可知，连板2的施加压力决定了制动蹄与制动鼓之间的压紧力。
当转臂右端施加力一定时，转臂斜边对连板2摆动端的压力f的大小和方向是定值，此时合力N1的大小取决于f1的大小和方向。由图2可知，f1力的分量fn朝向x轴的负向，由此断定f1削弱了合力N1。
进一步分析认为，当摩擦片磨损后，制助时连板2将沿顺时针方向摆过更大的角度，f1力的分量fn将更大，这样会进一步削弱合力N1。要想减小f1力的分量fn对合力N1产生的削弱作用，只有对连板2的铰接位置进行改进。
3.改进过程
针对检查中发现的2个问题和原因分析，经研究提出的改进方案，主要是改进连板2的铰接位置。为了在改进制动蹄结构时，能时制动力矩进行测试，我们设计并制造了1台制动力矩试验台。
（1）改进制动蹄结构
首先，将制动蹄半径加大1.5mm，以见效制动蹄与制动鼓间隙、（缩短制动空行程）。在试验台上测试，此项改进虽能使制动力矩提高到295N・m，但未达到设计要求的510N・m。
其次，将摩擦片更换成摩擦性能较高的石棉材质的摩擦片，经测试其制动力矩虽能提高到330N・m，但仍未达到设计要求。
再次，将摩擦片史换成高性能摩擦片，经测试其制动力矩虽能提高到370N・m，但制动力矩与设计要求仍有一定差距。
我们对上述试验进行分析，认为还需改进连板2的饺接位置，才可继续提高制动力矩，使其达到设计要求。
（2）改进连板的铰接位置
根据对连板2受力分析结果，我们决定将连板2铰接位置由x轴下方移到x轴上方。改进后连板2受力分析如图3所示。
由图3可知，由于改变了连板2的铰接位置，制动时制动底板对连板2的力f1由拉力变为支撑力。连板2逆时钟摆动时，f1力的分量fn朝向x轴的正向，因此在施加力F相同的情况下，f1使得合力N1有所增大。当摩擦片磨损后，制动时连板2将沿逆时钟方向摆过更大的角度，f1力的分量fn将史大，会进一步加大合力N1。
合力N1的增大，提高了右蹄摩擦片与制动鼓内壁的正压力。与此同时，浮动的转臂将左蹄摩擦片压向制动鼓内壁，使得左、右蹄摩擦片与制动鼓内壁的正压力都得到提高，从而提高了制动器的整体制动力矩。
4.改进效果
按图3所示改进连板2的铰接位置，并且使用高性能摩擦片后，将制动器装上试验台进行测试，结果测得制动力矩为520N・m，满足了整机停年制动的要求。将改进后的停车制动器应用于2台同型号装载机，结果制动效果良好，满足了施工现场停车制动要求。