不同因素對(duì)動(dòng)摩擦系數(shù)的影響探究

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1、不同因素對(duì)動(dòng)摩擦系數(shù)的影響探究 余凡 摘要：通過(guò)具體的實(shí)驗(yàn)來(lái)探究影響不同因素對(duì)動(dòng)摩擦因數(shù)的影響，即分別開展變量為溫度、體積和材料的實(shí)驗(yàn)來(lái)探究這三種變量對(duì)動(dòng)摩擦因數(shù)具體的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明：隨著溫度的上升，動(dòng)摩擦因數(shù)會(huì)明顯下降;不同材料之間的動(dòng)摩擦因數(shù)變化很大;體積對(duì)動(dòng)摩擦因數(shù)沒(méi)有明顯的影響。 關(guān)鍵詞：動(dòng)摩擦因數(shù);溫度;體積;材料 2021 0引言 在中學(xué)階段介紹的動(dòng)摩擦力計(jì)算公式是μ=f/N〔f為動(dòng)摩擦力，N為正壓力，下同〕，但是這個(gè)公式僅僅是一個(gè)粗略計(jì)算摩擦力的經(jīng)驗(yàn)公式【1】，并不能反應(yīng)動(dòng)摩擦因數(shù)受哪些變量的影響，隨著研究的深入，摩擦力的公式會(huì)變得越來(lái)越

2、復(fù)雜。動(dòng)摩擦因數(shù)其實(shí)受很多因素的影響，這可以用一個(gè)多元函數(shù)來(lái)表示：μ=f〔T，ρ，P…〕〔T為溫度，ρ為密度，P為壓強(qiáng)，下同〕。根據(jù)現(xiàn)有公開資料，幾乎沒(méi)有具體研究不同變量對(duì)動(dòng)摩擦因數(shù)影響的文獻(xiàn)資料。本文根據(jù)這一情況，通過(guò)實(shí)驗(yàn)的手段，具體研究接觸物溫度、施壓物體積、不同接觸材料等變量對(duì)動(dòng)摩擦因數(shù)的影響，為動(dòng)摩擦因數(shù)的研究提供數(shù)據(jù)支撐。 1實(shí)驗(yàn)原理及系統(tǒng) 本文探究三種變量〔即溫度、體積和材料〕對(duì)動(dòng)摩擦因數(shù)的影響，并采用相似的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，即安排上下兩個(gè)不同物體，通過(guò)測(cè)出它們之間的支持力N、摩擦力f，再根據(jù)公式μ=f/N求出動(dòng)摩擦系數(shù)μ。 1.1探究溫度對(duì)摩擦系數(shù)影響的系統(tǒng)及原理 本實(shí)驗(yàn)探究實(shí)驗(yàn)

3、溫度分別為：-18℃、常溫〔約15℃〕、大火加熱鐵板3分鐘〔約300℃〕，讓鐵板在這三個(gè)溫度之間變化。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要的實(shí)驗(yàn)對(duì)象是兩塊相同的鐵板。 第一次將兩塊鐵板放入冰箱冷凍柜中足夠久的時(shí)間，目的是使其溫度降為-18℃。然后將一塊鐵板置于水平地面，另一塊水平放置在第一塊鐵板上，用彈簧測(cè)力計(jì)水平拉動(dòng)上面的鐵板，測(cè)出其間的滑動(dòng)摩擦力f，再測(cè)出鐵板的重力N〔其值即為兩塊板之間的壓力〕，最后根據(jù)公式μ=f/N，求得動(dòng)摩擦系數(shù)μ。 第二次將兩塊鐵板置于室內(nèi)足夠久的時(shí)間，目的是使其溫度與室溫一致，約為15℃。將一塊鐵板置于水平地面，另一塊水平放置在第一塊鐵板上，用彈簧測(cè)力計(jì)水平拉動(dòng)上面的鐵板，測(cè)出其間

4、的滑動(dòng)摩擦力f，再測(cè)出鐵板的重力N〔其值即為兩塊板之間壓力〕，最后根據(jù)公式μ=f/N，求得動(dòng)摩擦系數(shù)μ。 第三次將兩塊鐵板置于煤氣灶上，開大火灼燒3分鐘，目的是將鐵板溫度加熱至約300℃。將其置于水平地面，另一塊水平放置在第一塊鐵板上，用彈簧測(cè)力計(jì)水平拉動(dòng)上面的鐵板，測(cè)出其間的滑動(dòng)摩擦力f，再測(cè)出鐵板的重力N〔其值即為兩塊板之間壓力〕，最后根據(jù)公式μ=f/N，求得動(dòng)摩擦系數(shù)μ。 1.2探究材料對(duì)摩擦系數(shù)影響的系統(tǒng)及原理 本實(shí)驗(yàn)探究的不同材料分別為：木板、鐵板。分別讓木板與鐵板上下疊放并讓它們進(jìn)行相對(duì)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)測(cè)出兩板之間的壓力和摩擦力，求出動(dòng)摩擦系數(shù)μ。本實(shí)驗(yàn)主要對(duì)象是兩塊鐵板與一塊木板

5、。 第一次將木板置于水平地面上，取一塊鐵板水平放置在木板上，用彈簧測(cè)力計(jì)水平拉動(dòng)上面的鐵板，測(cè)出其間的滑動(dòng)摩擦力f，再測(cè)出鐵板的重力N〔其值即為兩塊板之間壓力〕，最后根據(jù)公式μ=f/N，求得動(dòng)摩擦系數(shù)μ。 第二次將一塊鐵板置于水平地面上，取另一塊鐵板水平放置在第一塊鐵板上，用彈簧測(cè)力計(jì)水平拉動(dòng)上面的鐵板，測(cè)出其間的滑動(dòng)摩擦力f，再測(cè)出鐵板的重力N〔其值即為兩塊板之間壓力〕，最后根據(jù)公式μ=f/N，求得動(dòng)摩擦系數(shù)μ。 1.3探究體積對(duì)摩擦系數(shù)影響的系統(tǒng)及原理 本實(shí)驗(yàn)探究的變量為體積，體積分別為V1〔320g砝碼+740g鐵板的體積〕與V2〔320g紙張+740g鐵板的體積〕，V2>V1。

6、將不同的物體堆疊在一起，測(cè)出其整體所受摩擦力，最終求出動(dòng)摩擦系數(shù)μ。本實(shí)驗(yàn)主要對(duì)象為：740g鐵板、320g砝碼、320g紙張。 取重320g的砝碼及鐵板一塊〔740g〕，將砝碼置于鐵板上并固定住，鐵板置于水平地面上，用彈簧測(cè)力計(jì)水平拉動(dòng)鐵板，測(cè)出摩擦力f，最后根據(jù)公式μ=f/N，求得動(dòng)摩擦系數(shù)μ。 取重320g的紙張及鐵板一塊〔740g〕，將紙張置于鐵板上并固定住，鐵板置于水平地面上，用彈簧測(cè)力計(jì)水平拉動(dòng)鐵板，測(cè)出摩擦力f，最后根據(jù)公式μ=f/N，求得動(dòng)摩擦系數(shù)μ。 2數(shù)據(jù)處理方法 每組變量實(shí)驗(yàn)均重復(fù)進(jìn)行五次，以減小偶然誤差，然后將數(shù)據(jù)記錄到Excel表格中，分別求出5次重復(fù)實(shí)驗(yàn)的動(dòng)

7、摩擦因數(shù)μ，最后將5次重復(fù)實(shí)驗(yàn)的動(dòng)摩擦因數(shù)繪制成散點(diǎn)圖。 3結(jié)果及討論 3.1溫度對(duì)摩擦系數(shù)的影響 經(jīng)過(guò)5次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，得出鐵板溫度為-18℃時(shí)，平均動(dòng)摩擦因數(shù)為0.223。 經(jīng)過(guò)5次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，得出鐵板溫度為15℃時(shí)，平均動(dòng)摩擦因數(shù)為0.124。 經(jīng)過(guò)5次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，得出鐵板溫度約為300℃時(shí)，平均動(dòng)摩擦因數(shù)為0.111。 通過(guò)比照3組不同溫度實(shí)驗(yàn)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)溫度對(duì)動(dòng)摩擦因素有明顯的影響。即隨著溫度上升，動(dòng)摩擦因素不斷下降。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與本文實(shí)驗(yàn)前設(shè)想的結(jié)果相反，本文設(shè)想溫度越高，分子運(yùn)動(dòng)越活越，接觸面分子接觸碰撞次數(shù)增加，摩擦力應(yīng)該增大。 3.2材料對(duì)摩擦系數(shù)的影響 經(jīng)過(guò)5次重復(fù)性實(shí)驗(yàn)

8、，得出兩塊鋼板之間平均動(dòng)摩擦因數(shù)為0.124。 經(jīng)過(guò)5次重復(fù)性實(shí)驗(yàn)，得出鋼板與木板之間平均動(dòng)摩擦因數(shù)為0.277。 兩塊鋼板的動(dòng)摩擦因數(shù)明顯地比鋼板與木板之間的動(dòng)摩擦因數(shù)小，這與本文實(shí)驗(yàn)前的設(shè)想一致，從這兩種材料外表可以明顯的看出：兩塊鋼板之間接觸面與鋼板與木板之間接觸面相比較為光滑，動(dòng)摩擦系數(shù)小。 3.3體積對(duì)摩擦系數(shù)的影響 經(jīng)過(guò)5次重復(fù)性實(shí)驗(yàn)，得出體積為V1時(shí)，物體的平均動(dòng)摩擦因數(shù)為0.252。 經(jīng)過(guò)5次重復(fù)性實(shí)驗(yàn)，得出體積為V2時(shí)，物體的平均動(dòng)摩擦因數(shù)為0.250。 通過(guò)兩組不同體積的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，體積對(duì)動(dòng)摩擦因數(shù)的影響很小，幾乎沒(méi)有影響。本文實(shí)驗(yàn)前設(shè)想體積變大，受到空氣浮力也會(huì)

9、變大，導(dǎo)致接觸面之間的正壓力減小，動(dòng)摩擦因數(shù)會(huì)減小。因空氣密度較小，體積變化也較小，物體所受浮力變化也非常小，正壓力變化不明顯，故動(dòng)摩擦因數(shù)的變化為幾乎不變。 4結(jié)論 本文開展了三個(gè)不同因素對(duì)動(dòng)摩擦因數(shù)影響的實(shí)驗(yàn)，并都經(jīng)過(guò)5組重復(fù)性實(shí)驗(yàn)，最后得出的結(jié)論如下： 〔1〕溫度對(duì)動(dòng)摩擦因數(shù)有明顯的影響，即隨溫度的上升而動(dòng)摩擦因數(shù)下降; 〔2〕材料對(duì)動(dòng)摩擦因數(shù)有明顯的影響，即接觸面粗糙程度不同而動(dòng)摩擦因數(shù)不同。本實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表現(xiàn)為，鐵板與木板之間的動(dòng)摩擦因數(shù)明顯大于鐵板與鐵板間的動(dòng)摩擦因數(shù); 〔3〕體積對(duì)動(dòng)摩擦因數(shù)幾乎沒(méi)有影響。 5展望 根據(jù)本文開展的實(shí)驗(yàn)，初步得出了溫度、體積和材料這三種變量對(duì)動(dòng)摩擦因數(shù)的影響。未來(lái)，可以從兩個(gè)方面進(jìn)一步探究不同變量對(duì)動(dòng)摩擦因素的影響，即： 〔1〕設(shè)置更多溫度梯度、更多不同材料之間的實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步探究這些變量對(duì)動(dòng)摩擦因數(shù)的具體影響; 〔2〕探究更多變量〔如濕度、振動(dòng)和壓強(qiáng)等〕對(duì)動(dòng)摩擦因數(shù)的具體影響。 參考文獻(xiàn) 【1】方程.費(fèi)恩曼物理學(xué)講義[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2021.