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一、实验目的
用弹簧测力计水平拉动木块,探究滑动摩擦力的大小与压力大小、接触面粗糙程度的关系;并通过“拉动木板法”体会滑动摩擦力与运动速度无关。
二、实验原理
用弹簧测力计沿水平方向匀速直线拉动木块(或匀速拉出木板)时,物体处于平衡状态:
f = F拉(二力平衡)
- f — 滑动摩擦力,单位:N;F拉 — 弹簧测力计示数,单位:N
- N — 木块对接触面的压力,N;水平面上有 N = G木 + G砝码
- f = μN(μ 为接触面粗糙程度系数)
- 接触面越粗糙、压力越大,f 越大;与运动速度、接触面积无关。
- 手动拉木块很难保证匀速,示数会忽大忽小;改用拉动木板法(测力计固定、木块不动)示数非常稳定,更能说明 f 与速度无关。
三、实验器材
木块(G木 = 2 N)1 个;弹簧测力计(0~5 N,分度 0.2 N)1 个;砝码(每个 1 N)若干;长木板、毛巾、冰面(不同粗糙程度接触面)各 1 块;固定支架(拉木板法用)。
四、实验步骤
- 方法① 拉木块:用弹簧测力计水平匀速拉动木块,读出示数 F拉;手速不稳时示数会波动、不等于 f。
- 方法② 拉木板:弹簧测力计左端固定在支架上、右端钩住木块,向右匀速拉木板使木板从木块下抽出;木块不动,示数稳定 = f,与拉得快慢无关。
- 在木块上加砝码增大压力,或换用毛巾/冰面,重复测量,比较 f 的变化。
五、互动模拟
测量方法:
接触面:木板(μ=0.30)
压力 N = 2.0 N
弹簧测力计示数 F = 0.00 N
滑动摩擦力 f = 0.60 N
选一种接触面与压力,然后:方法①拖“拉”手柄(手速越不稳示数越飘),或点“自动匀速拉动”;方法②点“匀速拉木板”,看示数是否始终稳定。
方法①:
方法② 木板速度:
接触面:
砝码:
0 个(0 N)
六、数据记录
| 次数 | 接触面 | 压力 N / N | 摩擦力 f / N | 方法 | 结论 |
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七、探究结论
在接触面相同时,压力越大,滑动摩擦力越大;在压力相同时,接触面越粗糙,滑动摩擦力越大。滑动摩擦力的大小与运动速度和接触面积无关——用“拉动木板法”测量时,无论拉得快慢,弹簧测力计示数都稳定等于 f,正是这一结论的直观体现。
八、注意事项
- 拉木块时必须沿水平方向且匀速直线,此时 F拉 = f;手速不稳(加速/减速)时读数与 f 不符、且会波动。
- 拉动木板法中木块相对桌面静止,测力计示数稳定,更能说明 f 与速度无关,是教材推荐的改进方法。
- 读数时视线与测力计刻度垂直,估读到分度值下一位(0.2 N 级)。