第四节 探究滑动摩擦力的大小与什么有关

第四节 探究滑动摩擦力的大小与什么有关
第四节 探究滑动摩擦力的大小与什么有关

探究滑动摩擦力的大小与什么有关

说明:需要视频目录:(1)冰球比赛中,推出的冰球在冰面上慢慢停下来的情景(一小段) (2)滑冰运动员到终点时停止用力后慢慢停下来的情景(一小段) (3)骑自行车不蹬后滑行一段后停下来的情景(一小段)

滑动摩擦力的大小与接触面积的大小有关系吗_林灿焕

滑动摩擦力的大小与接触面积的大小有关系吗 林灿焕 (郁南县连滩镇中学 广东郁南 527125) 摘要:对摩擦力的产生在原子层面上作了阐述,顾及到高中生的知识面,还运用反证法作了深入浅出的解释. 关键词:摩擦力 接触面积 原子间相互作用力 点接触面积 反证法 高中物理课本上讲到:当一个物体在另一个物体表面上滑动时产生的摩擦力叫滑动摩擦力.滑动摩擦力f= N, 是动摩擦因数,N是压力,与接触面积无关. 十多年来,每当我讲授到摩擦力这一节时,总是有相当一部分学生认为滑动摩擦力的大小与接触面积的大小是有关系的,课本的解释也是一笔带过,使我觉得很有必要写这篇文章. 学生甲:物理讲,滑动摩擦力=动摩擦因数 正压力,即f= N.我总想不通.假设我们用弹簧拉力计拉动一个粗糙的砖块匀速前进(此砖块各个面的粗糙程度一样,但各面大小不同,侧面着地时与地面接触面非常小),按上述公式可知,无论砖块哪个面与地面接触,因为砖块对地的压力不变,所用的拉力是一样大的.而事实上是这样吗?我觉得砖块面积大的面着地时,摩擦力会大些,所用的拉力也就会大些.侧面着地时,与地面接触面小,所用的拉力就会小些.我平时骑自行车时,车胎内气较足时,前进时较省力,气不足时(与地面接触面大),骑起来就费力.这个现象用上面的公式也解释不通啊!我知道物理书是不会错的,但是这是为什么啊? 学生乙:我认为滑动摩擦力与接触面积应该有关系.我见过工厂里的皮带传送机器,实际操作过程中,包角小,皮带打滑.其实仔细想想也很简单,当皮带的张力一定时,胶带与滚筒之间的压强一定,那么胶带作用在滚筒上的正压力就与胶带与滚筒之间的接触面积成正比,所以摩擦力的大小与接触面积有关系. 到底滑动摩擦力与接触面积有没有关系呢? 我们首先要理解摩擦力产生的原因. 摩擦力产生在两个接触表面之间.用肉眼看到的光滑固体表面,用放大镜观察时,就会发现其表面是凸凹不平的,好像布满了高峰山谷.就算是经过车床加工的金属表面,峰高也可达5 m,即使再经过仔细研磨,峰高可以减至0.1 m,但这相对于原子尺度仍然是很大的.因此,当两个物体相互接触时,真正接触的只是物体表面的峰丘.在这些真正接触的区域内,两个接触表面的原子非常接近,原子之间具有非常强的相互作用力.在接触点以外的其他区域,两物体表面的原子之间的距离比较大,从几 到几十 (1 =10-8cm).这些原子之间的相互作用力比较弱,与真正接触区域相比可以忽略不计.当两个接触面发生相对滑动的时候,势必要以剪切的方式破坏原来所有的接触点,使两个接触表面的凸起部分相碰撞而产生断裂、磨损,从而形成了对物体运动的阻障.平行于接触表面而使接触点破坏所需要的剪切力,就等于摩擦力. 两物体表面开始接触时是一种点接触.在法向正压力的作用下,这些接触点的负荷很大,会使相接触的凸起部分产生弹塑性形变,从而使接触面积增大.随着N的增大,实际接触面积也增大,使到更多原子非常接近,原子间相互作用力增强,所以有f与N成正比. 坚硬的材料使其产生这种形变比较困难,即产生等量的形变需要更大的负荷.所以,两个物体表面真正相接触的面积大小,与所施加的法向正压力成正比,与相接触材料的硬度成反比,也就是说动摩擦因数 是与相接触的材料有关系的. 实验结果还证明,对于一般机械加工的表面,摩擦因数 同物体的表面粗糙程度不是简单关系.对 14

实验九 探究摩擦力的大小与什么因素有关

实验九探究摩擦力的大小与什么因素有关 实验日期:月日同组人: 一、课标要求 1、知识与技能: (1)知道摩擦有静摩擦、滑动摩擦和滚动摩擦。 (2)知道影响滑动摩擦大小的因素。 2、过程和方法: (1)通过与实际的联系,了解摩擦现象存在普遍性,并培养学生初步的提出问题能力和猜想假设能力。 (2)通过实验设计与操作,掌握控制变量的研究方法。 (3)通过对摩擦现象、因素猜想、方案设计等的讨论,培养学生的信息交流能力。 3、情感态度与价值观 (1)通过对摩擦现象以及其运用的学习,使学生关注周围与我们息息相关的物理知识。 (2)通过体会本节内容中探究的各个环节,培养较强的科学探究能力和敢于创新的探索精神。 二、探究准备 1、器材准备: 检查实验台上的实验器材,在后面画√,在空格里填上你还需要的实验器材名称: 2、知识准备: (1)叫做平衡力;平衡力的条件是: 。

(2)叫做摩擦力。 三、探究报告 【提出问题】 当你推箱子时,箱子越重,推起来越费力;地面越粗糙,推起来越费力。滑动摩擦力的大小与哪些因素有关? 【猜想假设】 结合你的生活经验,给出你的猜想:滑动摩擦力可能与 因素有关。 【设计实验】 1、由于影响滑动摩擦力大小的因素有多个,为了探究滑动摩擦力与某个因素的关系,必须采用法。 2、如何测量滑动摩擦力的大小? 3、怎样改变压力的大小? 4、怎样改变接触面的粗糙程度? 5、怎样改变接触面积? 【进行实验】 1、观察你所使用的弹簧测力计 指针是否指在零位:;测量范围:;分度值:。 2、把木块平放在水平的长木板上,用弹簧测力计沿水平方向拉动木块,使木块在长木板上做匀速直线运动,读出此时拉力的大小——摩擦力,记入表格;

高三物理如何确定摩擦力的方向和大小

如何确定摩擦力的方向和大小 ※ 高考提示 确定摩擦力的大小和方向,尤其注重具有很强隐蔽性的静摩擦力,加深对"相对"含义的理解,这些是目前高考命题中的重要考点.摩擦力问题几乎年年涉及,可以单独以选择题形式出现,也可以结合其它知识联合命题.摩擦力贯穿于整个力学的始终,把握好摩擦力方向的确定入其大小的计算,是解决力学问题的基础. ※ 解题钥匙 【例1】 下列关于摩擦力的说法中正确的是:( ) A .阻碍物体运动的力称为摩擦力 B .滑动摩擦力的方向总是与物体运动方向相反 C .静摩擦力的方向可能与物体运动方向垂直 D .接触面上的摩擦力总是与接触面平行 【解析】摩擦力的作用效果是阻碍物体间的相对运动或相对运动趋势的,而不是阻碍物体的运动,因此A 选项错误.另一方面摩擦力的方向与相对运动方向或相对运动趋势方向相反,故B 选项错误.当相对运动趋势方向与运动方向垂直时,静摩擦力的方向就与运动方向垂直,故C 正确.摩擦力是切向力,故与接触面平行,D 正确.综上所述C 、D 正确. 【点评】本题要求考生正确理解摩擦力的概念,并能把握相对运动与物体运动的区别. 【例2】如图1.2-1所示物体B 放在物体A 上,A 、B 、的上下表面均与斜面平行, 当两者以相同的初速度靠惯性沿光滑固定斜面C 向上做匀减速运动时( ) A .A 受到 B 的摩擦力沿斜面方向向上 B .A 受到B 的摩擦力沿斜面方向向下 C .A 、B 之间的摩擦力为零 D .A 、B 之间是否存在摩擦力取决于A 、B 表面的性质 【解析】斜面光滑,A 、B 以相同的速度靠惯性向上运动,以A 、B 所构成的系统为对象,则系统加速度a=g·sinθ,方向向下,令A 对B 的摩擦力为F f ,则对B : m B gsinθ+F f =m B a B ,将a B =gsinθ代入有F f =0。 【例3】某人骑自行车前进时,地面对后轮的摩擦力为F 1,对前轮的摩擦力为F 2,则F 1和F 2的方向如何?试分析之. 【解析】骑车人脚踩脚踏时,链条带动后轮欲转动,此时后轮相对地面有向后的运动趋势,地面作用于后轮的摩擦力F 1方向向前,在F 1作用下车身要向前运动,于是前轮相对于地面欲向前滑.此时地面作用于前轮一个向后的静摩擦力,使车轮转动起来. 思考:人推自行车前进时,地面对前、后轮的摩擦力方向又怎样? 【例4】如图1.2-2小车向右做初速为零的匀加速运动,物体恰好沿车后壁匀速下滑。试分析下滑过程中物体所受摩擦力的方向和物体速度方向的关系。 解:物体受的滑动摩擦力的始终和小车的后壁平行,方向竖直向上,而物体的运动 轨迹为抛物线,相对于地面的速度方向不断改变(竖直分速度大小保持不变,水平 分速度逐渐增大),所以摩擦力方向和运动方向间的夹角可能取90°和180°间的 任意值。 【点评】⑴摩擦力方向和物体间相对运动(或相对运动趋势)的方向相反。 图1.2-1 图1.2-2

6.4探究滑动摩擦力的大小练习题及答案

探究滑动摩擦力的大小练习题(二) 一、填空题 1、小华在做“探究影响滑动摩擦力大小因素”的实验时,其中一步的操作如图10所示,这样操作的错误是:物体不在上运动。纠正错误后,若使木块由铺有毛巾的木板运动到光滑的木板上,则木块受到的滑动摩擦力将 (选填“变大”、“变小”或“不变”)。 2、如图所示,物体重5N,当F=20N时,物体在墙上静止不动,此时物体受到的摩擦力是_____N。 3、如图6,小明进火车站时看到,所有行李都要进行“安检”.他仔细观察发现,特别是大件行 李放到传送带上时,先在传送带上向左滑动,稍后与传送带一起向右匀速运动.小明的行李重200N,滑动时受到的摩擦力大小是重力的倍.行李滑动时受到的摩擦力方向向__________(填“左”、“右”), 随传送带一起匀速运动时受到的摩擦力大小为__________ N。 二、选择题 ) 4、如图—5,物体A重为10N,当压力为50N时,物体沿竖直墙面匀速下滑;当压力增大到60N时,物体处于静止状态。则物体静止时受到的摩擦力是() A、小于10N B、10N C、50N D、60N 5、以下事例中,属于有害摩擦的是 A.走路时鞋底与路面间的摩擦 B.机械运转时轴承与滚珠间的摩擦 C.拿东西时手与物品间的摩擦 D.写字时粉笔与黑板间的摩擦6、体育课上常有爬绳索和爬滑杆两种运动。体重相同的小明和小华两人想比赛看谁爬的快。两人先后以相同的姿势匀速向上爬,以下说法正确的是() A. 小华爬绳和小明爬杆受到的摩擦力一样大 B. 小华爬绳受到的摩擦力的方向是竖直向下 。 C. 若小华和小明爬杆和爬绳的速度不一样,则速度大的人受到的摩擦力要大些 D. 小明爬绳时受到的摩擦力大,因为绳索比滑杆粗糙程度大 7、下列事例中,能减小摩擦力的是 A.运动鞋鞋底有花纹B.行李箱下安装两个轮子 C.骑自行车刹车时用力捏闸D.在冰冻路面上撒沙子 8、公共汽车在平直的公路上匀速行驶,站在车里的人在水平方向上 A.不受力B.受到向后的摩擦力 C.受到汽车对它的牵引力D.受到向前的摩擦力 9、如图所示,物体A在B的牵引下沿水平桌面向右运动,从物体B触地开始到物体A刚好静止下来这段时间内,物体A受水平桌面的摩擦力大小f随时间t变化关系的图象是() : 10、小明同学喜欢动手用简易器材探究物理问题。某天,他用一块较长的木板N与木块M及弹簧测力计,按如下方法研究滑动摩擦力有关的因素。先将长木板N平放,用弹簧测力计拉着木块M在N上做匀速直线运动,如图9甲,此时木块M所受滑动摩擦力为f甲;然后再将N支起,仍然用弹簧测力计拉着木块M沿N斜向上做匀速直线运动,如图9乙,此时木块M所受滑动摩擦力为f乙。对小明同学的实验讨论正确的是 ( ) A.两次M所受滑动摩擦力f甲<f乙B.小明实验是研究滑动摩擦力与压力大小的关系

滑动摩擦力的测量

测量滑动摩擦力实验的改进 长汀县龙宇中学江德华 一、实验或实验器材在教材中所处的地位与作用: 1.地位:该实验是八年级物理第六章第5节内容,在已经学习了力的基本概念,重力的基本知识,用弹簧测力计测量力的大小知识的情况下,进一步学习另一种性质的力—摩擦力。这对知识的前后牵引起到铺垫的作用同时是教和学都显得那么自然。 2.作用: ⑴该实验是探究滑动摩擦力的大小与哪些因素有关,能对后面的力与运动、平衡力、甚至对高一力学也奠定良好基础; ⑵通过实验的观察和分析能较好的理解滑动摩擦力与压力的大小、接触面粗糙程度有关。与运动速度、接触面积的大小无关; ⑶由实验得出结论,客观具体,学生容易接受,同时降低了教学的难度。 二、实验原型及不足之处: 1.实验原型: 传统的实验是使用控制变量法,用弹簧测力计拉着木块在木板上做匀速直线运动,根据平衡力知识,读出弹簧测力计示数即为滑动摩擦力的大小。控制压力相同改变接触面的粗糙程度测量滑动摩擦力比较得出结论。同样控制接触面粗糙程度相同改变压力的大小,测量滑动摩擦力比较得出结论。 2.不足之处: ⑴用弹簧测力计拉着木块在木板上运动很难做到使木块匀速,刚开始木块不动,一旦木块被拉动不能匀速。弹簧测力计的指针会不断跳动,给读数带来麻烦; ⑵读数时视线要跟着弹簧测力计移动,所以读数很不方便,误差较大; ⑶此实验需用到平衡力知识,而这时学生还没学到这知识,学生理解起来较困难。 三、实验创新与改进之处: 1.实验创新

(1)改进实验装置,方便操作,方便测量减少实验误差。 (2)直观比较,直接得出结论。 2.改进之处 ⑴实验中,将原实验中拉动木块在长木板上做匀速直线运动,改为固定木块与弹簧测力计,拉动木块下的长木板。这样改进的优点是,不需要匀速拉动长木板,且读数方便、准确; ⑵改进后的实验避免了平衡力的知识,此实验可以用力的作用具有相互性解释,这点知识学生已经掌握。 ⑶实验操作简单,减少了实验时间,降低了实验准备难度。 四、实验器材: 铁架台、长木板一块、带钩的木块、弹簧测力计、砝码一盒、棉布一条。 五、实验原理及装置说明: 1.实验原理:滑动摩擦力的大小只跟压力的大小和接触面的粗糙程度有关。当木块与木板一旦有了相对运动时,且压力与接触面的粗糙程度没有变化,那么滑动摩擦力的大小与木块运动的速度没有关系,也就是说木块与木板之间相对运动的速度并不一定要匀速,只需要有相对运动就可以了。 2.装置说明: ⑴让弹簧测力计和木块固定在铁架台上; ⑵准备好一块棉布,备好图钉; ⑶用物体垫起长木板,让木块受到弹簧测力计的拉力长木板平行。 六、实验过程: 1.如图拉动长木板,眼睛观察弹簧测力计,并记录示数为F1; 2.在木块上放一砝码,再次拉动长木块,记录弹簧测力计的示数为F2; 3.比较F1和F2的大小从而得出结论:滑动摩擦力的大小与压力的大小有关。 4.在长木板上铺上棉布,只让木块放在长木板上,拉动木板,记录弹簧测力计的示数为F3

探究滑动摩擦力的大小

探究滑动摩擦力的大小说课 一、教学目标 1、知识技能:①知道什么是摩擦力(滑动摩擦力);②通过科学探究知道滑动摩擦力的大小与哪些因素有关;③知道摩擦力在实际生活中的利、弊,以及如何增大和减小摩擦。 2、过程方法:经历探究滑动摩擦力的大小与哪些因素有关的实验探究过程,进一步领悟科学研究的方法,以养成良好的科学探究习惯。 3、情感态度价值观:培养乐于探究的兴趣,体验成功的快乐;通过对摩擦利弊分析,使学生对事物的两重性有具体的认识,有助于确立正确的价值观。 二、重点和难点: 重点:探究“滑动摩擦力的大小”与哪些因素有关,体验科学探究的过程。 难点:准确测出滑动摩擦力大小的实验设计和操作。 三、教学资源:长方体木块、弹簧测力计、长约一米两面粗糙程度不同的木板、铁钉、钩码、玻璃、毛巾、小车、毛刷、多媒体课件、投影及人自身的资源等。 四、教法与学法 1、教法:本节采用“引导探究”教学方法,把教师的启发引导和学生探究贯穿在整个课堂教学。 2、学法:以合作探究、交流讨论、分析归纳辩论等为主要学习方法。 五、学情分析 学生经历了一学期半的物理课的学习,已具有初步的科学探究能力,掌握了一些基本的科学探究方法,并懂得科学探究在物理学习中的重要意义,对观察探究的兴趣比较浓。八年级学生对摩擦虽有较多的感性认识,但学生对天天都接触到的摩擦现象,有的熟视无睹,有的缺乏细致的观察和深入思考。 六、教学思路 1.从生活走向物理 用多媒体播放两个场景片断:(1)冬奥会上运动员不再用滑雪杖撑着雪面,自由滑行一段距离,最后慢慢地停了下来。(2)从滑梯上滑下的儿童,在水平面滑行一段距离,也停了下来。 这样迅速吸引了学生的注意力,激发了学生的兴趣,教师因势利导,提出问题:上面的两个片断中,滑雪运动员和儿童为什么会停下来呢? 学生很容易答出:他们受到阻力作用,有的学生直接答出受到摩擦力作用,教师给予肯定。那么什么是摩擦力?它有什么特点呢?这样激起了探究的欲望,自然引出课题。 2、提炼生活,认识感受摩擦力。 做一做,想一想: 活动(1):把手按在桌面上向前推动。 活动(2):用脚在地面上往前蹭。 学生谈谈感受,你的手和脚感觉吃力吗?这个力对你的手和脚向前运动起到什么作用? 活动(3):再将毛刷轻按在桌面上向前滑动,观察毛刷的变化?为什么会发

摩擦力大小及方向的判断

摩擦力大小及方向的判断 西峡二高0816班王峰指导教师袁卫国 在摩擦力的学习中,有下列三个问题是同学们不易弄清的:①怎样判断物体是否受到摩擦力作用;②怎样确定物体所受摩擦力的方向;③怎样计算物体所受摩擦力的大小。 1.正确理解产生摩擦力的条件 要正确分析出物体是否受摩擦力作用,就必须全面认识产生摩擦力的条件。产生摩擦力的条件有三: ①粗糙接触面。摩擦力是接触力,它只能产生在两相互接触、表面粗糙的物体之间。在理想情况下,若认为接触面“光滑”,则不考虑摩擦力的存在。 ②正压力的存在。正压力的存在是产生摩擦力的前提。如果两相互接触的物体之间无挤压作用,则接触面上的摩擦力也将为零。有些同学认为压力与物体所受重力大小相等,这是极其错误的。在不同的物理情景中,正压力的产生原因是不同的。 ③物体之间存在相对运动或相对运动趋势。 在分析物体是否受摩擦力作用时,应考虑被研究的物体相对于与之接触的物体有无相对滑动或有无相对运动的趋势。[注:所谓“相对运动趋势”的方向是指两个相互接触的物体之间,假如没有摩擦力作用时,将要发生相对滑动的方向。]例如:擦黑板时,黑板处于静止状态,但它相对于黑板擦发生了相对运动,因而黑板将受到滑动摩擦力作用。 产生摩擦力的三个条件缺一不可。物体间不接触,谈不到摩擦力;接触面“光滑”,不计摩擦力;粗糙接触的物体间有相互挤压但没有相对运动或相对运动趋势,不会产生摩擦力;有相对运动或相对运动趋势,但接触面间无压力存在,接触面上摩擦力也将为零。 2.正确应用摩擦力的计算公式 在物理问题的求解中,一些同学不能对问题作具体的分析与思考,而是生搬硬套、盲目乱用公式,从而造成求解错误。在对摩擦力的计算中就常犯这类错误。 在求解摩擦力大小之前,必须首先分析物体的运动状态,判别是滑动摩擦还是静摩擦。 对于静摩擦,静摩擦力的大小取决于物体的受力情况和运动情况,随外界其它因素的变化而变化,静摩擦力大小的取值范围为fm>(或=)f静>(或=)0 ,具体数值只能根据物体所处的状态,由力的平衡知识或牛顿运动定律求解。只有最大静摩擦力才是fm=u0N,其中u0为静摩擦因数。最大静摩擦力实际上大于滑动摩擦力,但在没有说明的情况下可以认为它们近似相等。 对于滑动摩擦,摩擦力大小的计算公式为f=uN,其中u为动摩擦因数,其值与接触面的材料以及接触面的情况(如粗糙程度)有关(课本上的动摩擦因数表上只强调了接触面的材料),而与接触面积的大小,物体运动的速度(或加速度)无关;N为两接触面间的正压力。对于滑动摩擦力来说,由于f=uN,因此,只要u一定,则f与N成正比,N的变化决定了f的变化,如果N是某个物理量(如时间t、速度v等)的函数,则f也就是该物理量的等次函数。所以,要正确求解滑动摩擦力,就必须优先确定正压力N。 当然,对于滑动摩擦力的求解,我们还可以根据物体受力情况,由力的平衡知识或牛顿定律求出。 3. 正确判定摩擦力的方向 摩擦力的效果总是起着阻碍物体相对运动的作用,其方向总与接触面相切,与物体相对运动或相对运动的趋势方向相反。但是,摩擦力的方向并不总与物体运动方向相反,它可与物体运动方向相同,还可以与物体运动方向成任意夹角。 由此可见,摩擦力方向总是阻碍物体的相对运动或相对运动趋势,而不是阻碍物体的运动。摩擦力既可以为阻力也可以为动力,我们不能由物体的运动方向来轻易确定摩擦力方向。

初中物理:探究摩擦力的大小与什么因素有关实验中考题(答案)

1.小明在探究滑动摩擦力与压力大小关系的实验中,他在水平木板上用弹簧测力计沿直线 匀速拉动木块,通过改变放在木块上砝码的重力来改变木块与木板之间压力的大小。他通过测量木块的 重力、分析弹簧测力计读数以及砝码重力,记录了如下实验数据: (1)实验中,弹簧测力计的示数F 1 (选填“等于”或“不等于”)木块所受滑动摩擦力F 2。 (2)根据表中测量数据,在右图中画出F 2与F 压关系的图像。分析图像可知,当接触面不变,滑动摩擦 力与压力大小之间的定量关系是: 。 2.小林同学做“探究滑动摩擦力的大小与什么因素有关”的实验,如图所示. (一) (1)实验采取的办法是用弹簧测力计水平拉动木块,使其在长木板上做 _____ 运动. (2)甲乙两图所示的实验说明:接触面粗糙程度相同时,_____ ,滑动摩擦力越大. (3)甲、丙两图所示的实验说明:压力相同时,____ _,滑动摩擦力越大. (4)由实验可得到的结论是 __ ___. (二) 小林又想,滑动摩擦力的大小与接触面积的大小有关系吗?他又做了如下操作: (5)在水平桌面上,用弹簧测力计水平向左拉动木块,使其做匀速直线运动,弹簧测力计的示数如图所示,根据 ___ __的知识可知,木块所受的滑动摩擦力为 ____ _N . (6)小林将木块沿竖直方向截去一半后,测得木块所受的滑动摩擦力为原来的一半.他由此得出:滑动摩擦力的大小随着接触面积的减小而减小.你认为他的探究过程中存在的问题是 ___ __. 3.为探究滑动摩擦力的大小与什么因素有关,长沙市某中学的小刚和小明两个同学分别设计了如图甲和图乙所示的实验。按图甲实验时,小刚用手通过弹簧测力计匀速拉动木块A ,读出弹簧铡力计的示数即可测出木块和木板之问的滑动摩擦力:小明将弹簧测力计一端固定,另一端钩住木块B ,木块B 下面是长木板.实验时小明拖动长术扳,然后读出弹簧测力计的示数,即可测出木块B 和木板之间的摩擦力。

影响摩擦力大小的因素

影响摩擦力大小的因素 开题报告 课题组成员:2002级9班游顺勇、陈佳友 课题组长:游顺勇主导课程:物理 一、选题背景 在当代,工、农业生产活动中应用了大量机器。机器的广泛应用,使摩擦力的影响越来越突出,如何利用有益摩擦及避免有害摩擦是节省能源的重要途径,而摩擦力又以各种方式影响人们的日常生活。摩擦力对人类生产、生活的巨大影响引起了我们的兴趣,因此我们选择此课题进行研究。 二、研究的目的和意义 以日常生活中摩擦力的作用为切入点,运用中学物理所学的有关摩擦力的知识,研究分析摩擦力受何种因素影响,力求得到一些课本所没有的知识,拓宽知识面,从而加深理解和掌握教材中的有关力学知识。 本课题有较强的实践性,通过组员实验,研究分析生活实例,能提高自身的动手能力和逻辑思维能力。同时通过写论文还能提高我们的文字表达能力,而组员间的配合也是对我们的合作精神和组织协调能力的考验。 三、研究的主要内容 1、验证滑动摩擦力受正压力及动摩擦力因素影响,并探索其它影响滑动摩擦力的因素。 2、研究影响静摩擦力的因素。 3、定性研究物体在流体中的运动时所受的摩擦力。 四、研究的主要方法 1、文献研究法从新浪网、课外书籍中采集资料进行分析研究。 2、实验研究法通过动手做实验进行定量研究。 五、研究计划 [一]研究步骤 (第一阶段):此阶段为理论分析阶段。明确研究的目的和意义,为接下来

的实验验证阶段确定研究方向。本阶段计划用七周,分以下几个步骤进行: 1、确定研究课题 2、查阅文献资料 3、设计研究方案,撰写开题报告 (第二阶段):此阶段为实验验证阶段。通过一系列实验,结合组员间的讨论定下论文初稿,再通过指导老师的指导,进行补充修改。最后形成正式的研究报告、论文。本阶段计划用十三周时间,分以下几个步骤进行: 1、进行实验研究,取得实验数据。 2、整理、总结研究结果。 3、撰写论文。 4、成果展示。 [二]任务分工 1、查阅资料:陈佳友 2、准备开题报告:游顺勇 3、撰写论文:游顺勇、陈佳友 4、成果展示:全体组员 六、可行性分析 1、课题本身是一个常见的问题。与日常生活密切相关,多种书籍都曾进行探讨,有较充分的资料来源,且涉及的力学知识与中学物理教材紧密相连,使我们具备了一定的理论基础,具有现实性和合理性。 2、可利用每周学校研究性学习时间,周末及寒假进行研究活动,时间充足。 3、活动所需经费不多,活动工具简单,都能由组员自行解决。 4、全体组员对课题有浓厚的兴趣以及信心把研究做好。 七、预期成果:论文 八、成果表达形式:文字

滑动摩擦力大小因素的实验探究历年考试题

1.(05河北)下图所示是“研究滑动摩擦力的大小与哪些因素有关”的实验。 (1)在实验中,用弹簧测力计拉着木块时,应水平地拉动,且使它在固定的水平面上做 运 动。根据 条件可知,木块所受摩擦力的大小等于弹簧测力计的示数。 (2)将图(a)和图(b)的实验进行比较可知,滑动摩擦力的大小与 有关。 (3)将图(a)和图(c)的实验进行比较可知,滑动摩擦力的大小与 有关。 2.(08梅州市)小林同学做“探究滑动摩擦力的大小与什么因素有关”的实验,如图所示。 (1)实验中采取的办法是用弹簧测力计水平拉动木块,使其在长木板上做_____ __运动。 (2)甲、乙两图所示的实验说明:接触面粗糙程度相同时,______ ___,滑动摩擦力越大。 (3)甲、丙两图所示的实验说明:压力一定时,________ ___,滑动摩擦力越大。 (4)由实验可得出的结论是:_________________ ___________。 3.(08黄石市)下表是某实验小组所做的“探究摩擦力大小跟哪些因素有关”的实验记录: (1)分析比较序号①与②的实验数据,可得出的结论是 。 (2)分析比较序号 的实验数据,可得出的结论是:压力相同时,接触面越粗糙,摩擦力越大。 (3)上述研究方法叫“控制变量法”,下列实验中用到此方法的有 (填序号) ①探究电压、电流与电阻的关系; ②探究动能跟哪些因素有关; ③探究固体熔化时温度的变化规律; ④研究影响电磁铁磁性强弱的因素。 4.(07包头市)在探究影响摩擦力大小因素的实验中,记录的结果如右下表所示。 (1)在这个实验中,使用的是控制变量法,在第1、2次实验中变量是_______,控制的变量是______。得到的结论是:接触面不变时,压力越大,摩擦力越大。 (2)在研究接触面对摩擦力大小的影响时,可采用第____次的实验结果,得到的结论是______________________________________________。 5.(08贵阳)在探究"滑动摩擦力的大小跟哪些因素有关"的问题时,兴趣小组的同学们作了如下的猜想: 猜想A :滑动摩擦力的大小可能与接触面的粗糙程度有关; 猜想B :滑动摩擦力的大小可能与压力大小有关。

摩擦力的方向判断与大小计算

摩擦力的方向判断及大小计算 一. 教学内容: 摩擦力大小、方向的确定 二、考点点拨 摩擦力是三种基本性质力中最难判定的力,它的大小和方向的确定是高中阶段的重点和难点,物体在各种运动状态下摩擦力的分析在每年的高考中都有所体现,是高考的必考内容。 三、跨越障碍 摩擦处处、时时存在,在初中我们知道,摩擦分为静摩擦、滑动摩擦和滚动摩擦三类,我们已知道了摩擦的基础知识,我们今天将进一步来研究摩擦的相关知识。 (一)滑动摩擦力 1、产生:两个相互接触的物体发生相对运动时产生的摩擦力。 2、产生条件:1)接触面粗糙 2)相互接触且有形变即相互间有弹力 3)物体间有相对运动 3、方向:跟接触面相切,并跟物体相对运动方向相反。 例1:一物体在水平面上向右运动,试确定其摩擦力的方向。 物体相对于地面的方向是水平向右,所以摩擦力方向水平向左 例2:A、B两物体叠放在一起,两物体都沿水平面向右运动,A的速度为,B的速度为, 并且<,问A、B两物体间的摩擦力的方向如何? 虽然A的速度方向水平向右,但由于<,所以A相对于和它接触的物体B而言,是向左运动的,即相对运动方向是向左的,故A受到的B对它的摩擦力是水平向右的。 注:1、由例2可以看到,物体的运动方向和相对运动方向是有区别的。 2、摩擦力是和相对运动方向相反,不是和运动方向相反,所以我们在判断滑动摩擦力的方向时,一定要先找出该物体相对于和它接触的物体的运动方向,才能判断滑动摩擦力的方向,不能仅凭运动方向来判断摩擦力方向。

例3:传送带顺时针方向运动,现将一物体静止地放上传送带,则物体在放上传送带的一段时间内所受滑动摩擦力的方向如何? 物体静止地放上传送带,传送带水平部分向右运动,则物体相对于传送的运动方向向左,所以受到的滑动摩擦力方向水平向右。 4、大小:经过试验,我们得出,物体受到的滑动摩擦力的大小和物体间的压力有关,还和物体间接触面的材料性质有关。 即f=μN μ是一个没有单位,小于1的常数,叫做动摩擦因数。它与两物体的材料性质,表面状况有关,和接触面积无关。 N是物体对接触面的正压力即垂直于接触面的弹力。 例4:一质量为5kg的物体在水平面上向右运动,它和水平面间的μ为0.6,则此时物体受到的滑动摩擦力多大? 解:此时物体对水平面的压力大小等于物体所受的重力 所以f=μN=0.6×50=30N 方向水平向左 注:这道例题中压力恰好等于重力的大小,但要特别注意,压力并不总等于重力,压力和重力是不相同的两个力。 5、作用效果:总是起着阻碍物体间相对运动的作用。 (二)静摩擦力 1、定义:两相对静止的相互接触的物体间,由于存在相对运动的趋势而产生的摩擦力。 2、静摩擦力产生的条件:1)两物体直接接触 2)接触处粗糙且相互间有弹力 3)两物体有相对运动的趋势 3、静摩擦力的方向:总是和接触面相切,并且总跟物体的相对运动趋势方向相反。 判断两物体间是否有相对运动的趋势,一般采用假设法,即假设接触面光滑,看相接触的两物体间是否有相对运动,如果有,此方向即为相对运动的趋势方向;如果没有,说明物体间无相对运动趋势。 例5:判断下面两个静止物体受到的静摩擦力的方向 (1)

摩擦力

涟源市金石中学 八年级(下)综合组物理科导学案 编号: 138280803 主备人: 金茜 备课组长: 审核: 1 8.3 摩擦力 课型:预+展 班级: 姓名: 【学习目标】 1、 知道摩擦力的概念及摩擦力产生的条件。 2、 通过实验知道滑动摩擦力的大小跟哪些因素有关。 3、 知道摩擦的利与弊,及改变摩擦力的方法。 【基础知识】 1、两个相互 的物体,当它们相对 时,在接触面上会产生一种 的力,这种力就叫做 。 2、摩擦力产生的条件有四点:①两个物体相互 ;②两个物体相互挤压,发生 ;③两个物体发生 或有 ; ④两个接触面 。四个条件缺一不可。 3、摩擦力的方向跟物体 或 相反。 4、通过P24 “研究影响滑动摩擦力大小的因素” 的实验,可得出的结论:在压力相同时, 滑动摩擦力越大;在接触面的粗糙程度相同时, 滑动摩擦力越大。摩擦力与物体运动的速度和接触面积无关。影响滑动摩擦力的大小的因素: 和 。 5、 代替滑动可以大减小摩擦。 【展示提升】 1、如图12-12所示,画出下列各图中物体所受的摩擦力的示意图。 2、如图所示是“探究滑动摩擦力大小与什么因素有关”的实验。 (1)实验过程中,必须用弹簧测力计沿水平方向拉着物块A 做 运动,这样做便于测量滑动摩擦力的大小。 (2)分析图甲、乙可知,在接触面粗糙程度相同时, 越大,滑动摩擦力越大。 (3)分析图甲和丙,发现弹簧测力计的示数F1<F3,说明:压力一定时, ,滑动摩擦力越大。 3、摩擦对我们的生活既有利又有害,说一说增大摩擦和减小摩擦的方法有哪些? 【当堂反馈】 1、下列关于摩擦力认识正确是 ( ) A.摩擦力总是在物体运动时产生的 B.摩擦力在生产和生活中总是有害的 C.增大物体间的接触面积,可以增大滑动摩擦力 D.常用滚动代替滑动,可以减小摩擦 2、下列属于有害摩擦的是 ( ) A.自行车车闸皮与轮圈之间的摩擦 B.火箭升空中火箭与空气的摩擦 C.圆珠笔的笔珠与纸面之间的摩擦 D.手拿物体时手与物体之间的摩擦 3、在研究摩擦力时,小明同学用一块各侧面光滑程度完全相同的木块,在同一水平桌面上 进行了三次实验.如图所示,当用弹簧测力计水平拉木块做匀速直线运动时,弹簧测力计三次示数F 1、F 2、F 3的大小关系为( )A .F 1=F 2>F 3 B .F 1>F 2>F 3 C .F 2>F 1>F 3 D .F 1<F 2=F 3 图12-12

实验08 探究滑动摩擦力大小影响因素实验(原卷版)

实验八、探究滑动摩擦力大小影响因素的实验 【实验目的】: 探究影响滑动摩擦力大小的因素有哪些 【实验方法】: 控制变量法;转换法在本实验中,影响滑动摩擦力的因素有多个,所以实验探究过程中我们要用控制变量法,在研究滑动摩擦力与压力之间的关系时,要保持接触面的粗糙程度等因素不变,而在研究滑动摩擦力与接触面的粗糙程度的关系时,要保持压力等因素不变。 【实验原理】: 二力平衡;通过水平方向匀速拉动木块,使木块处于平衡状态,即二力平衡,从而间接测出摩擦力的大小。(转换法) 【提出猜想】: 影响滑动摩擦力的因素可能有,接触面所受的压力、接触面的粗糙程度。 【实验器材】: 木块、弹簧测力计、表面粗糙程度不同的长木板两块、砝码。 【实验步骤】: ①用弹簧测力计匀速拉动木块,使它沿水平长木板滑动,从而测出木块与长木板之间的滑动摩擦力。 ②在木块上面放一个砝码,改变木块对长木板的压力,测出此种情况下的摩擦力。 ③换用材料相同,但表面粗糙的长木板,保持木块上的砝码不变,测出此种情况下的摩擦力。 【实验结论】: 滑动摩擦力的大小跟接触面所受的压力有关,接触面受到的压力越大,滑动摩擦力越大。滑动摩擦力的大小还跟接触面的粗糙程度有关,接触面越粗糙,滑动摩擦力越大。

【实验补充】: 1. 因为弹簧测力计本身有重量,为了保证水平拉力,牵引木块时,要握住弹簧测力计的外壳;使木块在水平面上做匀速直线运动的关键是拉力要均匀,集中注意力盯住弹簧测力计的指针,一直拉到底,在指针不颤动时读数。 2.实验拓展:验证“滑动摩擦力的大小还可能与接触面积有关”。方法:把木块侧放,改变和木板的接触面积,保持对木板的压力不变、接触面的粗糙程度不变,测出此时木块与长木板之间的摩擦力。决定摩擦力大小的因素中没有“接触面积”,物体间摩擦力的大小跟接触面的“大小”无关,而是跟接触面的“粗糙程度”有关。【考点方向】: 1、本实验体现两个物理研究方法:和。 2、摩擦力大小测量具体操作:。 3、测量摩擦力大小是依据:的知识来进行的。 4、实验中出现误差的原因:。 5、实验结论:。 该实验研究采用了。 5、转换法应用:。 6、在木块移动时,如果提高拉力,木块受到的摩擦力大小会。 7、由前两结论可概括为:。 实验还可研究滑动摩擦力的大小与、,无关。 8、实验需要多次测量,得出多组数据的目的是:。 9、如果在木块移动过程中,不是匀速滑动而是加速滑动,弹簧测力计测出的结果比真实值要。【创新母题】在学习摩擦力时,小强猜想影响滑动摩擦力大小的因素可能有: ①接触面所受的压力;②接触面的粗糙程度.

探究摩擦力的大小

探究摩擦力的大小 一、实验目的1、认识滑动摩擦力 2、知道摩擦力的大小与哪些因素有关 二、实验器材 长直木板一块,弹簧测力计一个,长方体木块(带挂钩)一块,钩码一盒,棉布一块,毛巾一块。 三、实验步骤1、检查器材是否齐全 2、①观察量程:加在弹簧测力计上的力不能超过它的量程。观察最小刻度值. ②校正零点:水平放置弹簧测力计,用手拉几次看指针是否指在零位置。(每次用之前都应该进行调节) ③拉力沿弹簧的中心轴线方向施加在弹簧测力计上. ④观察指针示数视线要与刻度线垂直. 3、用弹簧测力计匀速拉动木块,使她沿水平长木板滑动,从而测出木块与长木板之间的滑动摩擦力。 4、改变放在木块上的钩码,从而改变木块对长木板的压力,测出此种情况下的滑动摩擦力。 5、在长木板上铺上棉布或者毛巾,保持木块上的钩码不变,测出此种情况下的滑动摩擦力。 6、整理仪器,把仪器摆放整齐。 试验次数接触面材料钩码个数摩擦力/N 1 木块0 2 木块 2 3 棉布或毛巾 2 2、摩擦力的大小与接触面的粗糙程度有关,接触面越粗糙,摩擦力越大。 如图是“探究滑动摩擦力的大小与什么因素有关”的实验. (1)在此实验操作中必须让木块做______直线运动. (2)比较甲、乙两图,可以得到的结论是:在______相同时,______,滑动摩擦力越大.(3)比较______两图,可以得到的结论是:______一定时,接触面越粗糙,滑动摩擦力越大. (1)在此实验操作中必须让木块做匀速直线运动. (2)由甲、乙两图可知,物体间接触面的粗糙程度相同而物体间的压力不同,压力越大,摩擦力越大,由此可知:在接触面粗糙程度相同时,压力越大,滑动摩擦力越大. (3)由图甲、丙两图可知,物体间的压力相同而接触面粗糙程度不同,接触面越粗糙,滑动摩擦力越大,由此可知:在压力一定时,接触面越粗糙,滑动摩擦力越大. 故答案为:(1)匀速;(2)接触面粗糙程度;压力越大;(3)甲、丙;在压力.

第16讲 摩擦力大小的计算(解题方法类)

第16讲摩擦力大小的计算 【方法指导】 一、滑动摩擦力 1.在求解摩擦力的大小时,一定要分清是求静摩擦力,还是求滑动摩擦力,只有滑动摩擦力才能直接应用公式F=μF N求解。 2.公式F=μF N中的F N是物体接触面之间的压力,不一定有F N=mg,要根据物体受力情况来确定。 3.滑动摩擦力F的大小与物体的运动速度、接触面积的大小无关。 4.计算滑动摩擦力的大小时,关键是根据力的平衡知识求出正压力的大小。 二、静摩擦力 静摩擦力的大小在0~F fmax之间,其具体数值由物体受的其他外力和运动状态决定,与接触面间的正压力无关,但最大静摩擦力的大小与正压力成正比。 【对点题组】 1.如图所示,在动摩擦因数μ=0.1的水平面上向右运动的物体,质量为20 kg,在运动过程中,还受到一个水平向左的大小为10 N的拉力作用,则物体受到的滑动摩擦力为(g取10 m/s2) () A.10 N,向右B.10 N,向左 C.20 N,向右D.20 N,向左 2.如下图所示,两块木板紧紧夹住木块,一直保持静止,木块重为30 N,木块与木板间的动摩擦因数为0.2.若左右两端的压力F都是100 N,则每块木板对木块的摩擦力大小和方向是() A.30 N,方向向上 B.20 N,方向向上 C.40 N,方向向下 D.15 N,方向向上3.一根质量为m,长度为L的均匀长方木条放在水平桌面上,木条与桌面间的动摩擦因数为μ.现用水平力F推木条,当木条经下图所示位置时,桌面对它的摩擦力为() A.μmg B. 2 3 mg μ C. 1 3 mg μD.上述选项均不对 4.如下图所示,物体放在水平桌面上,在水平方向上共受三个力作用,即F1、F2和摩擦力作用,物块处于静止状态,其中F1=10 N,F2=2 N,若撤去F1,物体仍静止不动,则物块受到的摩擦力是() A.8 N,方向向右B.8 N,方向向左 C.2 N,方向向右D.2 N,方向向左 5. A、B、C三物块的质量分别为M、m和m0,按如下图所示连接。绳子不可伸长,且绳子和滑轮的质量、滑轮的摩擦均可不计。若B随A一起沿水平桌面做匀速运动,则可以断定() A.物块A与桌面之间有摩擦力,大小为m0g B.物块A与B之间有摩擦力,大小为m0g C.桌面对A、B对A都有摩擦力,两者方向相同,合力为m0g D.桌面对A、B对A都有摩擦力,两者方向相反,合力为m0g 6.一物块m在水平力拉动下,沿静止的水平传送带由A端运动到B端,如图甲所示,这时所受摩擦力为F1;现开动机械让传送带向左匀速传动,再次将同样的物块m由传送带的左端匀速拉动到右端,这时所受摩擦力大小为F2,如图乙所示。则F1、F2的大小关系满足()

【高中物理】《滑动摩擦力》教案

《滑动摩擦力》教案 一、教学目标 1、知道静摩擦、滑动摩擦的概念 2、知道决定滑动摩擦力大小的因素 3、让学生初步认识控制变量的研究方法,培养学生的观察、操作能力、和归 纳表达能力 二、学习重点和难点 重点:研究影响滑动摩擦力的因素 难点:控制变量法的运用 三、正文 引入小实验:将一只会反复说“滑下来咯”的洋娃娃放在斜面上使其滑下. 然后在斜面上垫上一块抹布后,使洋娃娃再滑. 教师提问为什么不再滑下了? 学生回答因为受到摩擦力了. 幻灯这种原本应该向下运动的运动趋势被阻碍的现象叫静摩擦. 教师提问然而洋娃娃在滑动过程中有没有受到阻碍呢? 学生回答有,它最终也停下了. 幻灯这种发生在接触面间阻碍物体滑动的现象叫做滑动摩擦. 滑动摩擦中阻碍物体滑动的力叫做滑动摩擦力. 教师提问你们认为滑动摩擦力会不会发生变化? 学生回答会. 学生体验小实验:将手放在桌面上轻轻滑动,用力!再用力!再用 力!感觉滑动摩擦力不断增大. 教师提问那么,影响滑动摩擦力的因素有哪些? 学生回答受力面积、速度、压力、接触面性质. 教师提问1、怎样测出物体在水平面上所受的滑动摩擦力呢? 答:用弹簧称拉着滑块在水平桌面上大致作匀速直线运动.根据二力平衡原理,滑动摩擦力大小就等于拉力大小. 2、目的:研究影响滑动摩擦力的因素 器材:水平桌面,滑块,弹簧称,抹布 步骤:A 受力面积对滑动摩擦力的影响 分别测出滑块在桌面上平放、竖放、侧放时的滑动摩擦力.

发现受力面积对滑动摩擦力无影响. (说明:三次实验只有受力面积不同) B 速度对滑动摩擦力的影响. 分别测出滑块在不同速度下的滑动摩 擦力,发现速度对滑动摩擦力无影响. (说 明:几次实验中只有速度不同) C 压力对滑动摩擦力的影响. (1)在水平桌面上,测出只有滑块滑动情况 下的滑动摩擦力. (2)在滑块上放几个勾码,再测出此时的滑 动摩擦力. (3)小结:接触面相同时,压力越大,滑摩擦 力越大. D 接触面性质对滑动摩擦力的影响. (1)在水平桌面上,测出滑块滑动过程中所 受滑动摩擦力. (2)在水平桌面上平铺抹布,测出滑块在抹 布上滑动时的滑动摩擦力. (3)小结:压力相同时,接触面越粗糙,滑动 摩擦力越大. 教师讲解人为使其它物理量相同,只研究二个物理量之间关系的方法叫做控制变量法.此方法在几次实验中得到充分应用.它是物 理学科中一个非常重要的科学研究方法. 幻灯 一、静摩擦 这种阻碍物体运动趋势的现象叫做静摩擦. 二、滑动摩擦 这种发生在接触面间阻碍物体滑动的现象叫做滑动摩擦 三、滑动摩擦力 滑动摩擦中阻碍物体滑动的力叫做滑动摩擦力 四、影响滑动摩擦力的因素 1、受力面积对滑动摩擦力的影响(无关) 2、速度对滑动摩擦力的影响(无关) 3、压力对滑动摩擦力的影响 接触面相同时,压力越大,滑动摩擦力越大. 4、接触面性质对滑动摩擦力的影响 压力相同时,接触面越粗糙,滑动摩擦力越大. 五、控制变量法 人为使其它物理量相同,只研究二个物理量之间关系的方法. 六、作业

摩擦力

摩擦史话与古典摩擦定律 摩擦是人类社会与生活中的一个基本现象,也是人类社会赖以生存和发展的重要基础,大多数人都能感受和明白这样一些简单的事实:没有摩擦,人不能行走、汽车不能奔跑、轮船不能下水、飞机不能上天…….然而并非大多数人都知道,摩擦的本质和规律是什么,我们的祖先又是如何去探索摩擦的本质和规律的. 古典哲学家亚里士多德的遗言表明,在古代,人类就知道摩擦的存在和润滑剂的用途,但是差不多2 000多年来未对其作过科学的解释.尽管如此,人类已经在自觉或不自觉地利用摩擦和摩擦作斗争了.我国上古时代,钻木取火就是世界上最早利用摩擦生热的例子.1700多年前,三国时代杰出的机械发明家马钧,运用摩擦的原理设计和改革了许多生产工具,创造了一种把河水提上坡的工具叫做翻车,这种车轻便灵活,功效很高,这就是后代的龙骨水车.明代杰出的科学家宋应星在他写的《天工开物》第二卷《乃服》中描述了“花机”,也是巧妙地应用摩擦原理,成了当时世界上最为先进也最为精巧的脚踏提花机.人类早在2 300多年前就知道滚动摩擦要比滑动摩擦小得多,如果要移动一个重物,在重物下面放一些滚木,显然要比在地面上移动容易得多,正是基于这一点,才使车轮成为运输技术上的一大发展.事实上,人类早在公元前3 500年前就已使用了车轮.为了减小摩擦,人类大约也在公元前3 500年前就开始使用润滑剂了.我国应用石油作润滑剂的记载始于公元3世纪前后西晋张华所著的《博物志》,书中提到酒泉延寿和高奴有石油,并且用于“膏车及水碓甚佳.”在埃及的一座古墓中,有一辆战车,在其车轮轴承中仍保存有一些早先使用的动物油脂.埃及人在其不朽的建筑施工中还是显示出,他们已清楚地懂得了摩擦的原理.在搬运一座大雕像时,有172个奴隶沿着木头轨道拖曳一座重约6×104kg的大雕像,其中有一人将液体不断地倒在轨道上,以减少拖曳雕像的摩擦力. 人类对摩擦现象进行科学研究始于15世纪意大利的文艺复兴.文艺复兴使科学从神学和教会的学理体系中解放出来,并在新的合理主义、求实主义上面强有力地扎下了根.在此期间出现了不少杰出的人物,其中有代表性的是雷纳德·达·芬奇.他是一名工程师,也是一名出色的画家.受当时不断繁荣起来的造船技术的影响,达·芬奇开始着手进行摩擦的研究.他的有关摩擦的见解,散见于他的笔记中. 达·芬奇结合实际进行固体摩擦的实验研究,开始引导出在他以前谁也不知道的现象和定律.他小心谨慎,采取了与任何教会无关的超然立场.幸运的是,圣经上没有谈到有关摩擦的神意,因此他所引导出的摩擦现象,就丝毫不必担心会激怒教会而先于伽利略受到审判. 达·芬奇首先谈到:物体的材料性质不同,摩擦力的大小也不一样.这是有关摩擦力大小的第一个论述.接着,他对光滑和粗糙的表面进行摩擦实验比较,提出了表面越光滑,摩擦力越小的设想,即把产生摩擦的原因归结于表面的粗糙度.这一设想直到进入本世纪之前,几乎没有受到任何人的怀疑. 在轻、重物体的摩擦力对比实验中,达·芬奇写出了使其名垂摩擦研究历史的记载:“一切物体,刚要开始滑动时,便产生叫做摩擦力的阻力,此摩擦力之大小,在表面是光滑的平面与平面之间摩擦时,为其重量的四分之一”.这是一个十分出色的推理和归纳,说明摩擦力与重量即与垂直力成正比.他还最早确立了比例常数即摩擦因数的概念,是件划时代的记述.即使在今天,对于光滑的固体表面来说,摩擦因数等于0.25也是颇为正确的值. 达·芬在摩擦研究领域留下了不少卓越的设想、发现和启示.他第一个弄清了只要在两个摩擦面间介入一层薄薄的第三者物质,摩擦力便产生很大的变化,这是构成今天润滑技术的早期设想.他还首先用较圆的砂粒介于摩擦表面,发现摩擦力减小,并把这一事实归结为砂粒在表面之间滚动的结果而把摩擦分为“滑动摩擦”和“滚动摩擦”.在磨损的研究方面,达·芬奇也留下了不朽的论述,例如他指出在相同硬度的材料与材料之间,若介于其中的第三者物质比相夹的两面软,便因摩擦而弄碎,若硬则填充于两面之间,使两面受到磨损,接着论述了两面具有不同硬度的情况,写下了一段出人意料之外的论述:“然而,两个互相摩擦的物体若是硬度不同,软的材料使硬的材料受到磨损.其理由是介于摩擦面之间的第三物质埋到软材料的摩擦面上固定下来,使其起着锉刀那样的作用,将硬材料的那边磨损.”这个论说,直到今天仍然有着生命力,并与近代所阐明的机械的磨粒蘑损机理不谋而合. 在达·芬奇的实验中,还有另一个重要的事情,即对摩擦力受接触面积的影响的见解.这个问题在当时一般人看来,理所当然地认为“摩擦力理该与接触面积成比例地增大”,但达·芬奇却正确地指出:“同等重量的物体的摩擦力与其接触面积无关.” 关于摩擦力与滑动速度的关系以及静摩擦力与动摩擦力的大小关系,达·芬奇没有更多提及,这个问题对达·芬奇来说是个难题.因为当时没有电动机,而要想得到一定的滑动速度,用手拉是不行的,无论怎样也得需要动力.那时仅有的只是风力和水力,风速一有变化风力就不管用了,水力那时也不能换成电力,直到19世纪才发现电磁作用原理.因此,达·芬奇怎么也没有赶上使用电动机的时候,这大概是他的一大遗憾. 达·芬奇对摩擦的研究是简朴而出色的,他所引导出的摩擦规律,比牛顿对力所下的清晰定义还要早200多年.他的科学研究工作,有许多是受到其周围的问题和兴趣推动的,他的许多研究工作,包括对摩擦的研究,都是杰出才智的科学好奇心.他对摩擦所做的研究工作及其结论,不久即被人们遗忘,直到200年后,科学出现了新的面貌,牛顿提出了关于力、反作用、加速度、动量等的简单定律,伟大的经典力学时代开始了.但是在这200年的时间里,关于摩擦的研究几乎没有什么值得记下来的事情. 17世纪和18世纪,出现了两件大事,对科学技术的发展具有深远的影响.第一件,欧洲许多大国和美国相继设立了科学院.如1662年成立了伦敦皇家学会,1666年成立了法国科学院,1700年成立了普鲁士科学院,1742年成立了丹麦科学院,1725年成立了圣彼得堡皇家科学院,1742年成立了美国自然科学学会.在此氛围下,欧洲王朝都以扶助和鼓励科学来提高威望并引以自豪,许多王室成员、贵族和知识分子普遍对科学事业产生兴趣,从而带动了科学事业的发展;第二件,不断出现动力和机器并开始进行工业革命,工程人员开始寻找更好的动力形式代替人力、马力、风力和水力等,特别是水轮机和蒸汽机有了很大的发展和改进.正是在这样的气氛中开始对摩擦进行新的研究. 起先对摩擦进行科学研究的是法国.17世纪末,法国的资本主义经济发展迅速,船舶制造业和机械加工业的发展更快,建立了大型工厂,装备了各种机床和机械设备.而工厂里的工作机械其效率和耐用性的提高需要一定的摩擦方面的知识,牛顿力学此时已发展成较完善的科学,因而被应用于设计各种机械,并成为研究摩擦的理论基础.法国对摩擦进行研究的直接原因,还可能是当时军事上的需要以及当时的有闲阶级普遍喜欢观赏喷泉,而其中要用水泵.例如有一名工程师叫巴雷特,发表了关于水力学的两册著作,其中按照当时的理解水平对摩擦有了创见的评述.不过,关于摩擦的第一篇原著是高劳米·阿蒙顿写的.他是一位训练有素的建筑师,但在当世从事某方面的专业并不排除对整个科学领域的兴趣,如他以空气膨胀原理研制了第一支气体温度计,并设计出了一台蒸汽机.当时他曾风趣地说,这台蒸汽机理应在经济上获得成功,因为它和马不同,不用时不需加料.阿蒙顿1699年在法国皇家科学院学报上发表了一篇关于摩擦的论文.在这篇论文中,他重申了达·芬奇当初得出而被人遗忘了的两条摩擦定律.其中关于摩擦力大小与正压力成正比(即F∝N)的关系很快被科学院接受,而关于摩擦力大小与物体大小(指接触面积)无关的现象却引起了科学院的惊讶和怀疑.该科学院老资格院士拉·希尔重复了阿蒙顿的实验,结果证明阿蒙顿的结论是正确的. 当时阿蒙顿还注意到,他所研究的表面不是光滑的,而是连肉眼也看得出的粗糙面.所以他认为,摩擦是由于一个表面沿着另一个表面的微凸体上升做功,或是由微凸体发生弯折或断裂而引起的,因此在后一世纪中大多数科学家接受了摩擦是因表面凹凸不平引起的. 在阿蒙顿的论文发表35年后,英国科学家德萨古利尔对摩擦机理提出了一个截然不同的观点.他在讨论摩擦时考虑了表面凹凸现象后指出:“当两个表面制造得比较光滑时,理应较易滑动,然而实验表明,平的金属表面或其它物体表面可能因经过抛光而使摩擦增大.”他把这种相互矛盾的特性归因于接触区的表面之间的“粘附”作用,但他没有根据粘附作用来解释摩擦定律. 在摩擦研究方面做出卓越贡献的人中,要推崇法国物理学家库仑.库仑是一位富有经验的工程师和实验物理学家,原先是法国皇家工程部队的一名队长,在西印度群岛服

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