气垫导轨装置 用气垫导轨装置演示静摩擦力实验
时间：2019-02-02 03:16:31 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
1问题的提出� 在高中物理教学中，判断物体是否具有相对运动趋势以及静摩擦力是否存在的问题？学生颇感迷惑，怎样给学生讲清楚是教学的难点。老师在教学中通常用一把测力计拉一个放在桌面的木块或用�J12175�摩擦力演示器来演示静摩擦力。这两种演示方法有共同点：其一，仅限于二力平衡求解的情形，物体是否具有相对运动趋势及静摩擦力的大小都是通过测力计示值决定的。�
这容易将学生带入认知的误区，不利于准确反映物体在一定条件下有相对运动趋势。其二物体有相对运动趋势是推测认定，只停留在“说”，并不能使物体真正作相对运动来印证。而且演示形式单一。�
为了解决上述问题，笔者用气垫导轨来演示静摩擦力。�J2125�气垫导轨是利用气垫原理来工作的实验仪器。它把通常的接触滑动摩擦变为空气的内摩擦，能量损失很小。若给气垫导轨的滑块在没有“气垫”时设置几种不同的处境，再分别观察滑块在“气垫”上的运动状况，就容易确认静止的滑块相对导轨是否有运动趋势及运动趋势的方向，进而确定有无静摩擦力及其方向。达到较好突破教学难点之目的。��
2演示内容和操作方法：�
(1）在常态(无气垫状态)，滑块静止在导轨上时，滑块相对导轨是否有运动趋势以及是否有静摩擦力?相对运动趋势及其静摩擦力方向如何确定?�
①调整导轨大致水平。置滑块(质量约200g)于导轨中部，给牵引滑块的砝码桶中添加约几克砝码但滑块仍然静止。此时滑块相对导轨有向牵引方向的运动趋势和有与相对运动趋势方向相反的静摩擦力。打开气源,观察到滑块沿牵引方向运动，即表明和验证了上述推断的正确性。�
②调整导轨稍倾斜。为便于测出静摩擦力的大小，在滑块上加砝码，使两者总质量约400克。置滑块于导轨中部，因滑块重量平行导轨斜面向下的分力与静摩擦力彼此平衡，滑块静止。但不是在水平状态的滑块有沿导轨向下方相对运动趋势和与相对运动趋势反问的静摩擦力。�
为使学生确信这一事实，打开气源，观察到滑块在气垫上平行导轨向下方运动。即确认了推断的正确性。此时，也可用力传感器测出滑块重量平行导轨斜面向下的分力的大小，即F≈5×10��-2��N�，也就是滑块静止时静摩擦力的大小，F=F�静(两力方向相反)。�
(2）在导轨的一端下方垫一木块使导轨倾角约成5°。滑块和砝码两者总质量约400克。再把橡皮筋的一端固定在滑块上，另一端固定在导轨堵板。置滑块于导轨上面。提问：在常态，静止的滑块相对导轨是否有运动趋势及方向如何?如图1所示。�
①两力的合力为0时静摩擦力的演示。�
先确定滑块重量平行导轨斜面向下的分力与橡皮筋弹性形变产生的拉力，找出这两力的合力为0时滑块的平衡点。方法是将滑块放在导轨上，打开气源，滑块会来回运动几下后便停止，滑块停下的位置即是平衡点。然后，断开气源待演示。若需演示时再次打开气源，观察到滑块不动。说明滑块在两力平衡点位置没有相对运动趋势，静摩擦力为0。�
②三力的合力不为0时静摩擦力的演示。当滑块重量平行导轨斜面向下的分力与橡皮筋的拉力、静摩擦力共同作用，三力的合力不为0时：�
a.置滑块于导轨平衡点位置的下方。打开气源，观察到滑块会平行导轨向上运动。说明滑块在常态时有平行导轨向上相对运动趋势，受静摩擦力且方向平行导轨向下。�
b.置滑块于导轨平衡点位置的上方，使橡皮筋稍拉长但又不要拉力过大。打开气源，观察到滑块会沿导轨向下运动。说明滑块在常态时有相对导轨的运动趋势，方向平行导轨向下，有静摩擦力及方向平行导轨向上。�
3演示实验的优点�
（1）实验方法的改良与创新，体现正确的物理教学理念和科学有效的教学方法。利于培养学生学会辨证地看问题和发散性思维。�
（2)通过演示实验，仔细观察滑块运动趋势，结果便一目了然。使静摩擦力抽象教学变得生动具体。有助于学生对静摩擦力概念的分析和理解。提高了教学效率和质量。�
（3)对实验仪器灵活变通地运用，挖掘并拓展现有仪器教学潜能。�
（4)实验现象明显，可信度高，重复性好。
�(栏目编辑王柏庐)
