初中物理摩擦力實驗的改進(jìn)獲獎科研報告

初中物理摩擦力實驗的改進(jìn)獲獎科研報告摘

要：物理是一門以觀察和實驗為基礎(chǔ)的自然學(xué)科，物理實驗是中學(xué)階段培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)實驗?zāi)芰?、?chuàng)新能力的主要手段，也是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力的重要平臺，本文將初中物理教材中《影響滑動摩擦力大小的因素》實驗設(shè)備和方法進(jìn)行了改進(jìn)，較好的解決了該試驗傳統(tǒng)做法中的兩個最大問題。

關(guān)鍵詞：物理實驗;滑動摩擦力;改進(jìn)

物理實驗在中學(xué)物理教學(xué)中扮演著重要角色，它既是教學(xué)的內(nèi)容，又是教學(xué)的方法與手段。物理實驗中所呈現(xiàn)的物理思想、方法，對學(xué)生形成正確價值觀、世界觀和科學(xué)素養(yǎng)，促進(jìn)學(xué)生正確理解物理概念、規(guī)律和方法，對激發(fā)學(xué)生對自然科學(xué)的熱愛有積極作用。但是目前中學(xué)物理實驗教學(xué)現(xiàn)狀并不樂觀，普遍存在的問題是：實驗器材落后、實驗教學(xué)方法陳舊、利用課件代替實驗操作，甚至是在黑板上講實驗等。改革中學(xué)物理實驗教學(xué)、更新實驗器材、改進(jìn)實驗教學(xué)方法，都是當(dāng)前一線中學(xué)物理教師應(yīng)思考的問題。在本文中筆者將《影響滑動摩擦力大小的因素》實驗進(jìn)行了改進(jìn)，克服了傳統(tǒng)實驗中存在的缺點，現(xiàn)介紹如下：

1.教材分析

《影響滑動摩擦力大小的因素》是初中物理教科版八年級下，第七章第五節(jié)的內(nèi)容，是在學(xué)生學(xué)習(xí)完力的基本概念、力的描述及測量之后的延伸，既是力學(xué)基礎(chǔ)知識的升華，也為以后用試驗的方法探究力學(xué)問題打好了基礎(chǔ)。本節(jié)課的重點內(nèi)容是通過實驗探究影響滑動摩擦力大小的因素，該實驗是控制變量法的又一次應(yīng)用，凸顯了科學(xué)方法在物理研究中的重要作用，同時，在實驗過程中也鍛煉了學(xué)生獨立思考、分析歸納的能力，更為后續(xù)壓強、液體壓強和浮力等知識的學(xué)習(xí)打好了基礎(chǔ)。

2實驗改進(jìn)

該實驗的傳統(tǒng)做法是通過轉(zhuǎn)換法將彈簧測力計對物體的拉力大小，轉(zhuǎn)換為物體所受到的滑動摩擦力大小，所以需要用彈簧測力計拉動木塊做勻速直線運動，而學(xué)生在拉動彈簧測力計時不能很好的控制物體的運動狀態(tài)，嚴(yán)重影響實驗數(shù)據(jù)的測量和實驗結(jié)果;其次，讀數(shù)時由于彈簧測力計是運動的，所以學(xué)生的視線要隨著測力計一起移動，不便于彈簧測力計示數(shù)的讀取。以上兩點都會導(dǎo)致實驗過程中出現(xiàn)較大的誤差，既影響實驗結(jié)論的總結(jié)歸納，也不利于學(xué)生的科學(xué)精神及科學(xué)態(tài)度的培養(yǎng)。所以筆者從兩個方面對該實驗做了改進(jìn)。

實驗器材：長方體木塊、棉布、紗布、摩擦力演示器、圓盤測力計、定滑輪、力學(xué)傳感器、電腦。

改進(jìn)一：使用摩擦力演示器帶動木塊勻速運動。摩擦力演示器（或利用廢舊電動機自制）的使用，不僅能使木塊做勻速直線運動，而且通過轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，實現(xiàn)了對滑動摩擦力大小與物體運動速度關(guān)系的探究。用圓盤測力計（即演示彈簧測力計）代替彈簧測力計，使實驗過程中的讀數(shù)更加簡單、直觀、準(zhǔn)確，減小了由于讀數(shù)時指針不穩(wěn)定帶來的誤差，更加適合教師做演示實驗。實驗過程中，首先將木塊放在摩擦力演示器上，再用一根細(xì)線通過一個定滑輪連接木塊和圓盤測力計（注意定滑輪的使用）（如圖1），打開開關(guān)，當(dāng)傳送帶勻速轉(zhuǎn)動時，木塊在水平方向會受到皮帶施加的滑動摩擦力及細(xì)線的拉力作用，而木塊相對于傳送帶做勻速直線運動，所以木塊所受滑動摩擦力大小就等于細(xì)線對物體的拉力大小。這樣，通過讀取圓盤測力計示數(shù)就可以知道此時木塊所受的滑動摩擦力大小。在探究滑動摩擦力大小與接觸面粗糙程度的關(guān)系時，將木塊的不同側(cè)面包裹不同材料，如棉布、紗布等，翻動木塊改變接觸面的粗糙程度會得到不同的數(shù)據(jù)。本改進(jìn)措施可以使木塊盡可能的做勻速直線運動，從而使實驗誤差最小化，在教師演示時，也更方便學(xué)生觀察。

改進(jìn)二：使用力學(xué)傳感器代替圓盤測力計。針對改進(jìn)一中，圓盤測力計指針會有微小晃動的情況，筆者又將圓盤測力計改為力學(xué)傳感器（如圖2），實驗過程中，只需要用細(xì)線連接傳感器探頭，傳感器將得到的數(shù)據(jù)以圖表的形式通過電腦直接顯示在大屏幕上。由于傳送帶不是很穩(wěn)定，所以使摩擦力圖形并不是完美的直線，會有輕微的上下抖動，這個問題可以通過調(diào)節(jié)傳感器靈敏程度進(jìn)行改善，但為了學(xué)生看到最直觀的實驗結(jié)果，建議不作調(diào)整。

摩擦力方向的判定和大小的測定是學(xué)生學(xué)習(xí)中的難點，教學(xué)中做好演示實驗是必不可少的。下面兩個演示實驗，供老師們教學(xué)中參考：

1.如圖3所示，加了一個砝碼的長毛刷靜止在桌面上，長毛刷處于直立狀態(tài)，在長毛刷上施加水平向右的外力時，毛刷發(fā)生形變，從形變的情況可以形象地確定毛刷受到的摩擦力的方向向左，把加了一個砝碼的長毛刷放在斜面上，長毛刷處于靜止?fàn)顟B(tài)，從毛刷形變的情況可以形象地確定毛刷受到的摩擦力的方向沿斜面方向向上。

2.如圖4所示，將圓盤測力計固定在鐵架臺上，其掛鉤通過細(xì)繩和木塊相連，木塊下面壓著較長的紙條，緩慢的拉動紙條時，可以看到木塊隨紙條一起移動，此過程拉力逐漸增大，測力計的示數(shù)也逐漸增大，直到測力計的示數(shù)增大到某一數(shù)值后，木塊才相對紙條有移動，這一實驗可說明兩物體處于相對靜止?fàn)顟B(tài)時，木塊受到的靜摩擦力隨拉力增大而增大，而且有個最大值。圖1圖2木塊在紙條上滑動后，繼續(xù)拉動紙條.測力計指針將穩(wěn)定地處于某一位置，其示數(shù)即是滑動摩擦力的大小，將木塊的側(cè)面壓在紙條上，測力計示數(shù)不變，表明滑動摩擦力大小與接觸面積無關(guān)。改變木塊與紙條接觸面的材料，測力計示數(shù)不同，表明滑動摩擦力大小與接觸面性質(zhì)有關(guān)，在木塊上放置與木塊重量相等的砝碼，使木塊對紙條的壓力加倍，測力計示數(shù)亦加倍，表明滑動摩擦力大小與正壓力成正比。

3結(jié)語

通過以上兩種改進(jìn)措施，可以較好的解決傳統(tǒng)試驗中的兩個最大問題：木塊做勻速直線運動和彈簧測力計的計數(shù)。電動機的使用可以使木塊