师:各位同学,大家好,欢迎和老师一起学习八年级物理。今天我们要探讨的内容是摩擦力的大小与什么有关。首先,我们来看一段视频。同学们想一想,推出去的冰壶为什么会停下来?是什么阻碍了它的相对运动?下面,跟随老师一起探究答案。来,伸出一只手,轻轻按压在桌面上,同学们有什么感受?
生:总感觉到有什么阻碍着手向前运动。
师:非常好,那这个阻碍的力是什么呢?
生:摩擦。
师:没错,当一个物体在另一个物体表面上滑动时,产生的摩擦叫滑动摩擦。在滑动摩擦过程中,阻碍物体相对运动的力叫滑动摩擦力,我们用小写的 f 来表示。那么,滑动摩擦力的产生需要什么条件呢?请同学们跟着老师一起来探究。伸出两只手,中间间隔一段距离活动一下,感觉到摩擦了吗?
生:没有。
师:怎样才能有摩擦呢?
生:两只手相互接触,轻轻挤压,其中一只手向前推,就能感觉到摩擦。
师:很好,那我们一起来总结一下摩擦力产生的条件。两物体要相互接触、相互挤压,两物体要发生相对运动,而且两接触面要不光滑,这四个条件缺一不可,才能产生滑动摩擦力。那么,滑动摩擦力的方向又是如何的呢?大家看老师手里有一个毛刷,将毛刷轻轻按压在长木板上,给它一个向右的力,使它发生运动,此时滑动摩擦力使刷毛发生了形变。老师也可以这样做,将毛刷轻轻按压在木板上,向左推动长木板,产生的滑动摩擦力同样能使刷毛发生形变。
请大家看屏幕,这就是刚才我们做的两个小实验。现在讨论三个问题:刷子相对于木板的运动方向是怎样的?结合图中刷子的形变情况,分析刷子受到滑动摩擦力的方向,你发现了什么规律?请大家思考一下。
生:以木板为参照物,刷子向右运动,产生的滑动摩擦力使刷毛发生向左的形变。
师:非常好,这说明了什么问题呢?
生:滑动摩擦力的方向与物体发生相对运动的方向是相反的。
师:对,于是我们得到结论:滑动摩擦力的方向与物体发生相对运动的方向相反。
同学们,大家想知道滑动摩擦力的大小与什么因素有关吗?下面请随老师一起来探究这个问题。我们不妨先从生活中的一些实例进行猜想。比如,在冰面上拉一个物体比在地面上拉一个物体要容易;用橡皮在纸张上擦除字迹时,越是用力按压橡皮,橡皮在纸上滑动得就越费力。分析这两个例子,冰面和地面的区别是什么?
生:粗糙程度不同。
师:擦除字迹时用力大小不同,会导致什么不同?
生:纸张受到的压力大小不同。
师:所以,我们会有这样一个猜想:滑动摩擦力的大小可能与接触面的粗糙程度以及压力的大小有关。
那我们的猜想是否正确,需要用实验去验证。在实验之前,我们一起来解决几个问题。第一,力的测量工具我们已经学过,是什么?
生:弹簧测力计。
师:那今天我们怎样用弹簧测力计去测滑动摩擦力的大小呢?在这个实验过程中我们需要用什么样的研究方法呢?我们来看,将一木块放在水平面上,给它一个方向向右的拉力 f,它就会向右运动,此时在木块与水平面的接触面上产生一个方向向左的滑动摩擦力。同学们,这个滑动摩擦力我们应该如何去测量呢?
生:不太好办。
师:我们来思考一下,上一节课讲到了二力平衡。在这个例子中,如果让木块水平匀速向右运动,那它受到的就是平衡力,摩擦力和拉力的大小就应该相等。这时候我们就可以通过测量拉力的大小来反映滑动摩擦力的大小。在这里我们使用的是什么原理?
生:二力平衡。
师:对,我们运用二力平衡的知识,可以通过测量拉力的大小反映滑动摩擦力的大小。
第一个问题解决了,那么这个实验我们需要用什么样的研究方法呢?前面我们学过,当研究某一个物理量与几个变量之间的关系时,要用到的研究方法叫什么?
生:控制变量法。
师:在这个实验中,我们应该如何运用控制变量法去研究滑动摩擦力的大小与压力及接触面的粗糙程度的关系呢?
生:一个一个地去探究。研究滑动摩擦力的大小与压力的大小的关系时,控制接触面的粗糙程度不变,改变压力的大小,测量拉力 f 大小;探究滑动摩擦力的大小与接触面的粗糙程度的关系时,控制压力的大小不变,改变接触面的粗糙程度,再测拉力 f 的大小进行比较。
师:非常好。关键在这个实验中,我们如何去改变这些变量呢?比如如何改变木块对接触面压力的大小?又如何改变接触面的粗糙程度?
生:可以通过改变在木块上加放钩码的方式改变压力的大小,可以通过在木板上铺放毛巾的方式改变接触面的粗糙程度。
师:根据刚才的分析,今天的实验我们用到的器材有长木板、小木块、毛巾、弹簧测力计、钩码。我们设计了以下实验步骤:第一步,把小木块放在木板上,用弹簧测力计拉木块匀速运动,读出此时拉力的大小;第二步,在木板上加放钩码,增加压力,用弹簧测力计拉木块匀速运动,读出此时拉力的大小为 F2;第三步,在木板上固定好毛巾,放上木块,用弹簧测力计拉木块匀速运动,此时读出拉力 F3。下面请大家随老师一起完成今天的探究实验,并将表格填写完整。
好,第一步,我们将木块放在长木板上,用弹簧测力计拉动木块匀速运动,先将弹簧测力计较零,使木块匀速运动,我们发现此时它的读数为 0.4 牛。
第二步,我们在木板上加放钩码增加压力,用弹簧测力计拉着它匀速运动,此时可以读出拉力的大小为 1.7 牛。
第三步,在木板上固定毛巾,将木板固定好,木块放在木板上匀速拉动,我们发现此时弹簧测力计的示数为 1.3 牛。
