“研究滑动摩擦力的大小”的实验探究
刘鹏
实验探究就是通过师生及生生间的互助、互动来设计实验、探索知识、解决问题的学习方式,它是培养学生科学素质和创新能力的重要手段.下面以研究滑动摩擦力的大小为例谈谈对实验探究的一些做法.
一、提出问题
我们如何研究影响滑动摩擦力的因素?怎样测滑动摩擦力的大小呢?
二、猜想
通过学生的自主讨论,得到如下猜想与假设:
猜想1:滑动摩擦力大小与接触面间的压力有关系
猜想2:滑动摩擦力大小与相对运动快慢有关系
猜想3:滑动摩擦力大小与接触面面积有关系
猜想4:滑动摩擦力大小与接触面粗糙程度有关系
三、设计实验
将一端固定的测力计拴在滑块上,并使滑块位于水平木板上,使木板匀速运动,测力计和滑块虽然处于静止状态,但滑块与木板有相对运动,因此滑块受到滑动摩擦力.观察测力计的读数F,根据F=f测得f的大小.通过控制变量法,探究上述猜想.(本实验也可用微型电动机代替重物拉动木块)
四、实验器材
玻璃板、铁板、泡沫板等各一张、滑块、钩码、长木板、托盘天平、重物(微型电动机)、细绳、测力计等
五、实验装置
六、进行实验
实验一、滑动摩擦力大小与接触面间的压力的关系
在物体的接触面面积、接触面的粗糙程度、物体相对运动的速度一定的条件下(控制变量法),探究滑动摩擦力与接触面间压力的关系:
实验二、滑动摩擦力大小与接触面粗糙程度的关系
在物体的接触面面积、接触面间的压力、物体相对运动的速度一定的条件下(控制变量法),探究滑动摩擦力与接触面粗糙程度的关系
实验三、滑动摩擦力大小与接触面面积的关系
在物体的接触面粗糙程度、接触面间的压力、物体相对运动的速度一定的条件下(控制变量法),探究滑动摩擦力与接触面面积的关系
实验四、滑动摩擦力大小与相对运动快慢的关系
在物体的接触面粗糙程度、接触面间的压力、接触面面积一定的条件下(控制变量法),探究滑动摩擦力与物体相对运动的速度的关系
七、实验结论
滑动摩擦力的大小与正压力的大小成正比;滑动摩擦力的大小与接触面面积的大小无关;滑动摩擦力的大小与接触面的材料、平滑程度有关;在速度较小时,滑动摩擦力大小与相对速度无关.
八、改进实验、活化学生思维
本实验中有一个误区,在探究滑动摩擦力大小与接触面间的压力的关系时,学生误以为压力一定等于重力,从而出现滑动摩擦力的大小与重力成正比的经典错误.
作如图2改进就解决了上述问题,实验过程中用铁架台及长木板搭建斜面,测量斜面的高度和长度求的倾角θ.实验过程同上实验.拉动木块,观察测力计读数F,根据f=T-Gsinθ和FN=Gcosθ测得f和FN.改变不同倾角,重复上述实验.这样改进的目的,主要探究滑动摩擦力与重力和压力的关系.在重力不变的情况下,调整倾斜的角度,改变压力.拉动木板,观察测力计的读数,判断滑动摩擦力与重力和压力的关系.当然也可以探究滑动摩擦力大小与相对运动快慢的关系;滑动摩擦力大小与接触面面积的关系;滑动摩擦力大小与接触面粗糙程度的关系等.
“研究滑动摩擦力的大小”实验全面体现新课程理念,指导好学生分组探究实验,增强学生课堂参与率,使每位学生动起手来,使每位小组成员积极参加讨论;注重培养学生科学探究的思想,注重实验的设计和改进.学生在完成这一探究过程中,教师加以适当的引导,经历了自主探究且回顾了“控制变量法”这种科学探究方法.以上两种实验探究方案克服了测力计不易匀速拉动、示数不稳定而不便于读数的缺点。
实验探究就是通过师生及生生间的互助、互动来设计实验、探索知识、解决问题的学习方式,它是培养学生科学素质和创新能力的重要手段.下面以研究滑动摩擦力的大小为例谈谈对实验探究的一些做法.
一、提出问题
我们如何研究影响滑动摩擦力的因素?怎样测滑动摩擦力的大小呢?
二、猜想
通过学生的自主讨论,得到如下猜想与假设:
猜想1:滑动摩擦力大小与接触面间的压力有关系
猜想2:滑动摩擦力大小与相对运动快慢有关系
猜想3:滑动摩擦力大小与接触面面积有关系
猜想4:滑动摩擦力大小与接触面粗糙程度有关系
三、设计实验
将一端固定的测力计拴在滑块上,并使滑块位于水平木板上,使木板匀速运动,测力计和滑块虽然处于静止状态,但滑块与木板有相对运动,因此滑块受到滑动摩擦力.观察测力计的读数F,根据F=f测得f的大小.通过控制变量法,探究上述猜想.(本实验也可用微型电动机代替重物拉动木块)
四、实验器材
玻璃板、铁板、泡沫板等各一张、滑块、钩码、长木板、托盘天平、重物(微型电动机)、细绳、测力计等
五、实验装置
六、进行实验
实验一、滑动摩擦力大小与接触面间的压力的关系
在物体的接触面面积、接触面的粗糙程度、物体相对运动的速度一定的条件下(控制变量法),探究滑动摩擦力与接触面间压力的关系:
实验二、滑动摩擦力大小与接触面粗糙程度的关系
在物体的接触面面积、接触面间的压力、物体相对运动的速度一定的条件下(控制变量法),探究滑动摩擦力与接触面粗糙程度的关系
实验三、滑动摩擦力大小与接触面面积的关系
在物体的接触面粗糙程度、接触面间的压力、物体相对运动的速度一定的条件下(控制变量法),探究滑动摩擦力与接触面面积的关系
实验四、滑动摩擦力大小与相对运动快慢的关系
在物体的接触面粗糙程度、接触面间的压力、接触面面积一定的条件下(控制变量法),探究滑动摩擦力与物体相对运动的速度的关系
七、实验结论
滑动摩擦力的大小与正压力的大小成正比;滑动摩擦力的大小与接触面面积的大小无关;滑动摩擦力的大小与接触面的材料、平滑程度有关;在速度较小时,滑动摩擦力大小与相对速度无关.
八、改进实验、活化学生思维
本实验中有一个误区,在探究滑动摩擦力大小与接触面间的压力的关系时,学生误以为压力一定等于重力,从而出现滑动摩擦力的大小与重力成正比的经典错误.
作如图2改进就解决了上述问题,实验过程中用铁架台及长木板搭建斜面,测量斜面的高度和长度求的倾角θ.实验过程同上实验.拉动木块,观察测力计读数F,根据f=T-Gsinθ和FN=Gcosθ测得f和FN.改变不同倾角,重复上述实验.这样改进的目的,主要探究滑动摩擦力与重力和压力的关系.在重力不变的情况下,调整倾斜的角度,改变压力.拉动木板,观察测力计的读数,判断滑动摩擦力与重力和压力的关系.当然也可以探究滑动摩擦力大小与相对运动快慢的关系;滑动摩擦力大小与接触面面积的关系;滑动摩擦力大小与接触面粗糙程度的关系等.
“研究滑动摩擦力的大小”实验全面体现新课程理念,指导好学生分组探究实验,增强学生课堂参与率,使每位学生动起手来,使每位小组成员积极参加讨论;注重培养学生科学探究的思想,注重实验的设计和改进.学生在完成这一探究过程中,教师加以适当的引导,经历了自主探究且回顾了“控制变量法”这种科学探究方法.以上两种实验探究方案克服了测力计不易匀速拉动、示数不稳定而不便于读数的缺点。