用新方法測(cè)定滑動(dòng)摩擦因數(shù)

1、用新方法測(cè)定滑動(dòng)摩擦因數(shù)莫俊文 劉廣耀輔導(dǎo)老師 車(chē) 杰三水區(qū)三水中學(xué) 528100摘要 比較幾種測(cè)定滑動(dòng)摩擦因數(shù)方法，導(dǎo)出滑動(dòng)摩擦因數(shù)新的計(jì)算公式，介紹測(cè)定滑動(dòng)摩擦因數(shù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理、測(cè)定儀器及測(cè)定方法。關(guān)鍵詞 滑動(dòng)摩擦因數(shù) 測(cè)定 新方法1 引言 滑動(dòng)摩擦力的大小和彼此接觸物體的相互間的正壓力成正比：即fN，其中為比例常數(shù)叫“滑動(dòng)摩擦因數(shù)”，它是一個(gè)沒(méi)有單位的數(shù)值?；瑒?dòng)摩擦因數(shù)系數(shù)與接觸物體的材料、表面光滑程度、干濕程度、表面溫度、相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度等都有關(guān)系1。由于其機(jī)理復(fù)雜且上述諸多相關(guān)因素，滑動(dòng)摩擦因數(shù)只能是一個(gè)實(shí)驗(yàn)值，確切地說(shuō)理論上是無(wú)法計(jì)算的，只有通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法來(lái)獲得一個(gè)近似的數(shù)值范圍。不同

2、材料（或同種材料）之間的滑動(dòng)摩擦因數(shù)，由于它在數(shù)值上與靜摩擦因數(shù)存在一定的差異，因此不能隨便地用簡(jiǎn)單的靜止的方法來(lái)獲取滑動(dòng)摩擦因數(shù)，必須在其作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，用準(zhǔn)確的得測(cè)量方法以獲得比較精確得實(shí)驗(yàn)結(jié)果。經(jīng)調(diào)查，我們發(fā)現(xiàn)測(cè)定不同材料間的滑動(dòng)摩擦因數(shù)的方法很多，但存在測(cè)量不簡(jiǎn)單方便、實(shí)驗(yàn)誤差大、應(yīng)用不廣泛等方面缺點(diǎn)。2 幾種測(cè)量滑動(dòng)摩擦因數(shù)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)比較實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)原理注意事項(xiàng)實(shí)驗(yàn)結(jié)論比較分析改變N的大小盡量使木板以較小的速度勻速前進(jìn)1、 難保證整個(gè)系統(tǒng)處于水平面上,要用天平測(cè)量質(zhì)量m ,彈簧稱(chēng)讀數(shù)不穩(wěn)定，誤差大,測(cè)量誤差較大，體現(xiàn)不出與其他因素的關(guān)系。力的分解，共點(diǎn)力的平衡物塊勻速下滑很難保證物體勻

3、速下滑牛頓第二定律：Fma，勻加速運(yùn)動(dòng)：秒表計(jì)時(shí)要準(zhǔn)確，T的方向必須水平，M要適中1、 要用天平測(cè)量M、m2、 系統(tǒng)必須處于水平面上3、 滑輪和細(xì)繩引入系統(tǒng)誤差，變大3 新測(cè)量方法的原理推導(dǎo) 假設(shè)質(zhì)量為m的滑塊沿斜面滑下，設(shè)加速度為（當(dāng)勻加速運(yùn)動(dòng)處理），斜面的傾角為，如圖1所示。對(duì)滑塊物體受力分析，由牛頓第二定律得垂直斜面方向上： （1）沿斜面方向上： （2）由上面兩式得計(jì)算滑動(dòng)摩擦因數(shù)得表達(dá)式 （3）， ， 進(jìn)一步轉(zhuǎn)化得 （4）其中、為滑塊經(jīng)過(guò)L1、L2時(shí)的速度，h為對(duì)應(yīng)高度，L為對(duì)應(yīng)的底邊長(zhǎng)度、長(zhǎng)板S，光電門(mén)距離為s。4 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)根據(jù)滑動(dòng)摩擦因數(shù)計(jì)算表達(dá)式（4），我們進(jìn)行如圖實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。它由

4、光電門(mén)L1 L2一對(duì)、數(shù)字毫秒計(jì)、角度可調(diào)的斜面滑板、鐵架臺(tái)和帶擋光片的鋁質(zhì)滑塊組成。當(dāng)滑塊和擋光片一起由上端沿斜面自由滑下，相繼通過(guò)光電門(mén)L1 L2，通過(guò)L1時(shí)間為t1，通過(guò)L2的時(shí)間為t2，由于擋光片寬度和時(shí)間t很小，可認(rèn)為在該段時(shí)間內(nèi)滑塊作勻速運(yùn)動(dòng)?？傻没瑝K經(jīng)過(guò)光電門(mén)L1的瞬時(shí)速度為，經(jīng)過(guò)光電門(mén)L2的瞬時(shí)速度為。測(cè)出光電門(mén)L1 L2距離S可由公式計(jì)得加速度。5 測(cè)量及數(shù)據(jù)記錄處理 鋁質(zhì)滑塊自斜面上端自由下滑，毫秒計(jì)時(shí)器自動(dòng)記錄通過(guò)光電門(mén)L1、 L2的時(shí)間t1、t2。用刻度尺測(cè)得對(duì)應(yīng)高度h，對(duì)應(yīng)的底邊長(zhǎng)度L，擋光片的寬度，光電門(mén)間距離為，次測(cè)量數(shù)據(jù)并處理如下表： 5.1 用新方法測(cè)定滑動(dòng)摩

5、擦因數(shù)的數(shù)據(jù)記錄表次數(shù)t1(ms)V1(m/s)t2(ms)V2(m/s)H(m)L(m)(度)1234567 5.2 結(jié)果與討論 （1）滑動(dòng)摩擦因數(shù)與接觸面的兩種材料有關(guān)。我們采用鋁型材與表面刨平木板進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。由上表數(shù)據(jù)可看出滑動(dòng)摩擦因數(shù)很小。 （2）由上表數(shù)據(jù)中不難發(fā)現(xiàn)隨著傾斜角增大，滑塊速度增大，滑動(dòng)摩擦因數(shù)減小。 劉廣耀同學(xué)在處理數(shù)據(jù) （3）當(dāng)傾斜角較小時(shí)，滑塊靜止或滑動(dòng)不規(guī)則；當(dāng)傾斜角0，滑塊速度很快，測(cè)量誤差增大，所以我們選擇較合理一段測(cè)量。 （4）誤差分析：A、由于滑塊下滑過(guò)程中較難保證直線運(yùn)動(dòng)，擋光片經(jīng)過(guò)光電門(mén)時(shí)不一定垂直而存在誤差，可通過(guò)調(diào)節(jié)滑板斜面平行和多次測(cè)量減小測(cè)量誤差

6、。 B、滑板和鐵架臺(tái)裝置在滑塊下滑實(shí)驗(yàn)過(guò)程中移位存在一定誤差，盡量將整個(gè)裝置放在平穩(wěn)實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，并固定好，可減小測(cè)量誤差。C、產(chǎn)生最大誤差的因素是用刻度尺測(cè)得對(duì)應(yīng)高度h，對(duì)應(yīng)的底邊長(zhǎng)度L測(cè)量。我們使用掛垂線方式測(cè)量高度h，用卷尺測(cè)量長(zhǎng)度L以減小測(cè)量誤差。 6 收獲與拓展 摩擦問(wèn)題是一個(gè)很復(fù)雜的問(wèn)題。影響因素很多，如正壓力、溫度、濕度、表面潤(rùn)滑等。我們測(cè)量的鋁型材與木板的滑動(dòng)摩擦因數(shù)只是一個(gè)近似值，通過(guò)提高測(cè)量?jī)x器精度，測(cè)量值可進(jìn)一步精確?；瑒?dòng)摩擦因數(shù)在生活生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，比如表面摩擦因數(shù)是布料搭配的重要指標(biāo)，瓷磚表面動(dòng)摩擦因數(shù)是瓷磚質(zhì)量衡量指標(biāo)還有其他一些材料表面滑動(dòng)摩擦因數(shù)等?？衫帽咎讓?shí)驗(yàn)裝置較方便研究測(cè)量這些材料表面滑動(dòng)摩擦因數(shù)。 結(jié)束語(yǔ)：在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過(guò)程中，得到丁堅(jiān)老師幫助，對(duì)此表示衷心感謝。參考書(shū)目1 中學(xué)物理之友（2000版5） 改革中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的新構(gòu)想 盧惠林2 普通物理實(shí)