关于影响滑动摩擦力大小因素的深度探究

一、引言

在初中物理的学习中，力学占据着重要地位，而摩擦力作为力学中的关键概念，与日常生活息息相关。我们走路时鞋底与地面的摩擦、汽车刹车时轮胎与地面的摩擦等，都涉及到滑动摩擦力。然而，滑动摩擦力看不见、摸不着，对于初中生来说，理解其大小的影响因素具有一定难度。

二、实验目的

明确滑动摩擦力的概念，深入理解滑动摩擦力大小与压力大小、接触 面粗糙程度之间的关系。

熟练掌握弹簧测力计的使用方法，学会用弹簧测力计水平匀速拉动木块来测量滑动摩擦力的大小；掌握控制变量法在实验中的应用，能够独立设计并完成实验。

三、实验原理

当一个物体在另一个物体表面滑动时，会受到阻碍它相对滑动的力，这种力叫做滑动摩擦力。当用弹簧测力计水平拉着木块在水平面上做匀速直线运动时，木块处于平衡状态。根据二力平衡条件，此时木块受到的拉力与滑动摩擦力大小相等、方向相反我，故我们可以通过读取弹簧测力计的示数来间接测量滑动摩擦力的大小。

四、实验器材

作为木块滑动的平面，其表面应平整光滑，以保证实验的准确性。

选择质量均匀、表面光滑程度不同的木块，用于探究滑动摩擦力与接触面粗糙程度的关系。

量程为 0−5N，分度值为 0.2N，用于测量滑动摩擦力的大小。使用前需检查指针是否指在零刻度线处，若不在，需进行调零。

用于改变木块对接触面的压力，探究滑动摩擦力与压力大小的关系。

铺在长木板上，增大接触面的粗糙程度。

五、实验步骤

（一）探究滑动摩擦力与压力大小的关系

将长木板平稳地放在水平桌面上，用弹簧测力计检查其是否水平。将木块放在长木板上，用弹簧测力计水平拉动木块，使木块在长木板上做匀速直线运动，观察弹簧测力计的示数是否稳定。

用弹簧测力计水平拉着木块在长木板上做匀速直线运动，此时木块对长木板的压力等于木块的重力。

在木块上再放上一个砝码，进一步增大压力。重复上述操作，读出弹簧测力计的示数，并记录在表格中。

（二）探究滑动摩擦力与接触面粗糙程度的关系

取下木块上的砝码，将木块放回长木板上。

用弹簧测力计水平拉着木块在长木板上做匀速直线运动，读出弹簧测力计的示数并记录在表格中。

把毛巾平整地铺在长木板上，增大接触面的粗糙程度。将木块放在毛巾上，用弹簧测力计水平拉着木块在毛巾上做匀速直线运动，读出弹簧测力计的示数，并记录在表格中。

六、实验数据记录与分析

（一）实验数据记录表格

（二）数据分析

滑动摩擦力与压力大小的关系：比较各示数大小。可以发现，在接触面粗糙程度相同（均为长木板表面）的情况下，随着压力的增大，弹簧测力计的示数也逐渐增大，即滑动摩擦力增大。

滑动摩擦力与接触面粗糙程度的关系：比较f4​、f5​的大小。可以发现，在压力相同（均为木块重力 G1​）的情况下，木块在毛巾上运动时，接触面比在长木板上粗糙，弹簧测力计的示数 F5​大于在长木板上时的示数F4​，即滑动摩擦力 f5​大于 f4​。这说明在压力相同时，接触面越粗糙，滑

动摩擦力越大。

七、实验结论

在接触面粗糙程度相同时，压力越大，滑动摩擦力越大。这是因为压力增大时，物体与接触面之间的微观凸起部分相互嵌入得更深，阻碍物体相对滑动的力也就越大。

在压力相同时，接触面越粗糙，滑动摩擦力越大。接触面越粗糙，物体与接触面之间的微观凸起和凹陷就越多，相互之间的阻碍作用就越强，从而导致滑动摩擦力增大。

八、 实验拓展与应用

（一）生活实例分析

汽车轮胎上有凹凸不平的花纹，这是为了增大轮胎与地面之间的接触面粗糙程度，从而增大滑动摩擦力，使汽车在行驶过程中能够更好地抓地，提高行驶的安全性。在雨天行驶时，路面湿滑，接触面粗糙程度减小，滑动摩擦力也会减小，因此汽车容易打滑。

（二）改进实验

在原实验的基础上，改变木块的运动速度，分别以较慢、适中、较快的速度用弹簧测力计水平拉动木块在长木板上做匀速直线运动，记录每次弹簧测力计的示数。通过比较不同速度下弹簧测力计的示数，分析滑动摩擦力与物体运动速度的关系。实验结果表明，在压力和接触面粗糙程度相同的情况下，滑动摩擦力的大小与物体运动速度无关。

九、实验教学中的问题与解决策略

（一）常见问题

控制变量法是本实验的重要思想方法，但部分学生可能难以理解为什么要控制其他因素不变，只改变一个因素进行探究。

学生在拉动木块时，可能无法保证木块做匀速直线运动，或者弹簧测力计的使用方法不正确，导致测量结果不准确。

学生在处理实验数据时，可能不知道如何比较和分析数据，难以得出正确的实验结论。

（二）解决策略

在实验前，通过生动的实例和形象的比喻，向学生详细讲解控制变量法的概念和应用。例如，可以将探究滑动摩擦力与压力大小的关系比作比较不同体重的人在同一地面上走路的难易程度，体重就是压力，而地面就是接触面，在比较时要保证地面（接触面粗糙程度）不变，只改变体重（压力）。

在实验结束后，引导学生对实验数据进行整理和分析。可以通过提问的方式，引导学生思考如何比较不同条件下的滑动摩擦力大小，如何从数据中得出实验结论。

十、总结

“探究影响滑动摩擦力大小的因素”实验是初中物理教学中的一个重要实验。通过该实验，学生不仅深入理解了滑动摩擦力的概念和影响因素，还掌握了控制变量法的应用，提高了科学探究能力和数据分析能力。在实验教学过程中，教师要关注学生存在的问题，采取有效的解决策略，确保实验教学的顺利进行。同时，要注重引导学生将物理知识与生活实际相结合，让学生体会到物理的实用性和趣味性，激发学生学习物理的兴趣和积极性。在今后的教学中，应进一步优化实验设计，改进实验方法，提高实验教学的质量和效果。