这是一道深受所有初三学生重视的物理题。
有时,学生在脑海里思考很久也难以洞悉其背后的科学原理,而进行物理实验则可以瞬间让人茅塞顿开。即便仅凭思考,也可渐渐领悟其中的奥秘。
那便是频繁出现的"探究影响滑动摩擦力大小的因素"实验。
想必不少学生已经熟知该实验的基本原理与操作步骤。该实验表明,滑动摩擦力的大小与接触面的粗糙程度以及施加的压力有着紧密的关系。在维持接触面粗糙度恒定的情况下,施加的压强越大,滑动摩擦力则越大;而在相同的压力作用下,接触面越粗糙,则滑动摩擦力亦随之增强。
我们在学习中常见的实验过程演示了这一点:
该实验却有一个重要的难点,它常常导致学生在中考物理实验操作考试中失分。各位初三的同学们应该都还记得,那就是在测量过程中必须保证用弹簧测力计匀速拉动木块以进行读数。那么,为什么必须保持匀速拉动呢?
其实原因在于,只有当木块匀速运动时,其受到的拉力才与滑动摩擦力相平衡。如果拉动速度不均匀,木块所受的力便不会保持平衡状态,弹簧测力计上所测得的拉力自然不会等同于滑动摩擦力,导致实验无法进行下去。这时,我们借助弹簧测力计匀速运动时产生的弹力来间接得到滑动摩擦力的大小。这其中恰是利用了转换法,将难以直接测量的滑动摩擦力转化为了弹簧测力计的弹力。
另外值得注意的是,若在非匀速状态下读取弹簧测力计的数值,那么所显示的拉力将不再代表滑动摩擦力,而可能是静摩擦力。实际操作中很难保持匀速拉动,因此指针所指示的刻度常常会波动不定,无法得到稳定的弹簧测力计读数,从而产生较大的数据误差。
在各种习题资料中,我们常会看到该实验的改良版——只需将木块与木板的位置颠倒一下即可。这样便无需再保持匀速拉动了。
这种改进后的实验方式更为简便易行。在固定住弹簧测力计的一端并拉动物体时,我们不再需要费力地维持木板的匀速运动了。这样一来,在读取数值时弹簧测力计也不会发生晃动,显示的数据更加稳定、易于读取。这便是改进后实验的主要优点。
通过对比以上两个版本的实验过程我们便能深入理解这一实验的本质含义了。