首页 -> 2006年第6期
摩擦力演示装置的制作与应用
作者：李志强
一、实验装置
如图１所示，摩擦力演示装置结构有以下各部分组成：
①底座（长×宽为１２０ｃｍ×４０ｃｍ）
②支架（长×宽为１００ｃｍ×３０ｃｍ）
③带有定滑轮的立柱（长×宽为１００ｃｍ×２ｃｍ）
④重垂线（线长３０ｃｍ）
⑤木板刷（长×宽×高为１２ｃｍ×８ｃｍ×４ｃｍ；两端均有细线相连）
⑥砝码盘及盘中砝码
⑦悬线（长２０ｃｍ；将带有定滑轮的长木板用四根细线系牢并悬挂在两个支架上）
⑧带有定滑轮的长木板（长×宽为１００ｃｍ×１５ｃｍ；定滑轮可调节高度）
⑨用弹簧秤向下拉或悬挂砝码盘及盘中放入砝码
另外，演示实验时还需的配套器材及附件有：不同大小的砝码若干、天平、玻璃板、布块、毛巾、砂布、橡皮、带有轮子的小车等。
二、装置功能
（１）演示静摩擦力的方向。
（２）演示相互作用的一对静摩擦力的关系。
（３）演示静摩擦力的大小随外力的增大而增大。
（４）演示最大静摩擦力与滑动摩擦力的关系。
（５）演示滑动摩擦力的方向。
（６）演示滑动摩擦力的大小随正压力的增大而增大，与外力、速度无关。
（７）演示摩擦因数与摩擦力的关系。
（８）演示滚动摩擦力。
三、使用方法
１．演示静摩擦力
（１）将砝码盘和木板刷分别放到天平上，称量出它们各自的质量。
（２）调整装置，使底座水平，长木板水平，即使重垂线与悬线重合。
（３）将木板刷放于长木板上，其连接的细线绕过长木板的定滑轮，挂上砝码盘并在盘中放入少量砝码，观察刷毛的弯曲方向，即为木板刷所受静摩擦力的方向；同时观察悬挂长木板的细线的偏离方向，由平衡条件知其偏离的相反方向即为长木板所受静摩擦力的方向，且得两摩擦力方向相反。
（４）将连接长木板左端的细线绕过立柱上的定滑轮，在细线另一端挂上砝码盘并在盘中放入适量砝码（或用弹簧秤拉），使重垂线与悬线重合，比较两端悬挂的砝码盘及盘中砝码的总重力。结合平衡条件，可知相互作用的一对静摩擦力的关系为：大小相等。
（５）增加右端盘中的砝码（不能一次增加太多，只能一次增加几克的砝码），保持木板刷相对于长木板静止，观察悬线的偏离情况，在左端盘中增加砝码（或增大弹簧秤的拉力），直至重垂线与悬线重合。由平衡条件和牛顿第三定律可得：静摩擦力的大小随外力的增大而增大。
２．演示最大静摩擦力与滑动摩擦力的关系
在上述（５）的基础上，如果我们不断地向砝码盘中增加砝码，当增加到一定数值后，木板刷开始滑动了，刚好使木板刷瞬间滑动时拉力的大小就等于木板刷受到的最大静摩擦力的大小，同时我们也可以通过左端的砝码盘及盘中砝码（或弹簧秤）读出最大静摩擦力的大小。在木板刷滑动时，为使重垂线仍与悬线重合，我们应适当减少左边拉着长木板的砝码盘中的砝码（或减小弹簧秤的拉力），这时的读数稍微减小了，说明滑动摩擦力稍小于最大静摩擦力。根据木板刷对长木板的正压力等于其重力，还可以计算出静摩擦因数。
３．演示滑动摩擦力
（１）调整装置，使底座水平，长木板水平，即使重垂线与悬线重合。
（２）将木板刷放于长木板上，其连接的细线绕过长木板左端的定滑轮，挂上弹簧秤用力拉，使木板刷相对长木板运动，观察刷毛的弯曲方向，即为木板刷所受滑动摩擦力的方向；同时连接长木板左端的细线绕过立柱上的定滑轮用弹簧秤拉，使重垂线与悬线重合，由平衡条件和牛顿第三定律得：左端弹簧秤的读数等于滑动摩擦力的大小。
（３）改变右端弹簧秤拉力的大小，使木板刷仍相对长木板运动，观察重垂线仍与悬线重合，且此时右端弹簧秤的读数不变，说明滑动摩擦力的大小与外力、速度无关。
（４）在木板刷上放置砝码，即改变木板刷质量（即增大正压力），重复操作（２）和（３），在木板刷质量一定（即正压力一定）的情况下，滑动摩擦力的大小保持不变，但滑动摩擦力的大小随正压力的增大而增大。根据木板刷对长木板的正压力等于其重力，还可以计算出动摩擦因数。
４．演示摩擦因数与摩擦力的关系
分别将玻璃板、布块、毛巾、砂布、橡皮等动摩擦因数（或静摩擦因数）不同的材料水平固定在长木板上，改变木板刷与长木板间接触面的粗糙程度进行实验。就会发现：在相同压力下，动摩擦因数（或静摩擦因数）越大，滑动摩擦力（或最大静摩擦力）越大。
５．演示滚动摩擦力
如果我们将木板刷换成带有轮子的小车，会很明显地看到其滚动摩擦力要远远小于滑动摩擦力。
四、装置优点
选材容易，制作简单，操作简便，现象明显，效果理想，可以演示的内容较多，几乎包括了摩擦力的所有问题。
参考文献
［１］ 陈熙谋．物理演示实验．北京：高等教育出版社，１９８３．
［２］ 杨介信，张大同．中学物理实验大全．上海：上海教育出版社，１９９５．
（责任编辑孙晓雯）