周 杰

(江苏省江浦高级中学文昌校区 211800)

传送带模型是一个重要的力学模型，摩擦力的大小只与动摩擦因素和压力大小有关，但很多学生受到现实生活中一些现象的误导而觉得摩擦力大小也会受到相对速度大小的影响，故设计实验以正视听.

一、实验原理与思路

1.实验原理及实验器材

为了便于操作，本实验采取倾斜传送带，速度向上，让物体在传送带上由静止下滑.比较传送带静止时和向上运动时，物体经过两个光电门的时间，若误差范围内两次用时相等，说明两种情况下物体所受摩擦力大小不变，也即摩擦力大小与速度无关.实验原理图如图1.

传送的选择：商用传送带价格过高，约3000元.所以选择了一款玩具(burger mania，如图2)作为实验用传送带，速度可调(有三种速度可以选择)且工作稳定.

时间的测量：采用光电门和数字计时器(型号J0201-CC)记录物块经过两点所用时间.

物块的选择：比较了不同物体，发现一角硬币作为下滑的物块比较方便控制.通过电磁铁控制物体的释放，硬币下滑时不会翻转，几乎不会旋转.

遮光物的选择：本实验中选取牙签作为遮光物，首先牙签的粗度适中(比较过牙签和针)，而且它是圆柱形(片状物体会因为旋转而导致遮光长度发生变化).

遮光物与物块的连接：直接将牙签粘在硬币上很不牢固，故用一块小塑料作为底座.制作时要尽量让牙签处于硬币圆心，为了保证牙签垂直硬币，将硬币置于调节好的水平仪上，调节牙签(在不同角度都)平行于竖直悬线；如图3所示.

为了让物块无初速释放，设计了如图4所示的控制电路.用电磁铁控制硬币的释放，电磁铁选择较细小的螺线管；为了控制电磁铁的磁性，接入了电位器，调节电磁铁磁性.实验中要尽量减少导线的抖动对物块初速的影响.

2.实验过程

为了控制变量，减小其他因素的干扰，每次都让硬币某个特别位置(做标记)靠近螺线管.

(1)调节好仪器，传送带静止，测出10次的数据.然后测出10次传送带一直处于高速挡运动状态的数据，再分别测传送带中速档，慢速档时的10组数据.

(2)传动带静止测一次，紧接着(高速档)测一次，依次测出30组数据.目的为了探究传送带不同的表面，对实验数据的影响.

二、实验数据处理

1.连续测量10组数据时

对数据进行分析，可以excel做出图线图象(图中横轴表示次数，纵轴表示时间)；再做出一静一动的10组数据.对两次的数据进行对比研究.

从数据中(如图5所示)，可以看出，不同速度时运动时间基本是相等的，和静止时也基本相等.则在误差范围内，静止和运动时摩擦力大小相等.

2.传送带静止时

测一次数据，紧接着运动测一次数据，依次测出30组数据，30组数据的点状图(如图6，纵轴表示时间，单位毫秒).平均值对比，静止时182.63ms，运动时182.64ms.

三、实验结论

两次实验说明在误差范围内，传送带静止和运动时，时间是相等的.也就可以得到结论——传送带和物体速度方向相反时，传送带速度大小对物体运动所受的摩擦力大小是没有影响的.

对比两次实验数据，可以看出传动带表面粗糙程度并不完全相同，第一次实验的误差来源较大程度是接触面不同.

四、误差分析

对本实验来说，螺线管磁性的残留，释放点位置，物块是否侧滑，传送带的粗糙程度是否一致，物块的旋转都可能造成误差.实验中发现磁性的强弱非常关键，稍强会出现断开电源物块不动，稍弱会出现未断开电源物块已经下落.若未断开电源物块即下落，螺线管的磁力会对数据造成明显影响.在实验和数据处理过程中学生经历亲身体验、交流讨论，总结出应对措施和改进方式并交流分享了经验.

五、反思和评价

优点1.学生的生活经验很容易给物理学习带来的干扰，通过实验验证解决疑惑.2.实验自己组装，极大提高学生的学习兴趣

不足：1.传送带长度不够，说服力可能略显不足.2.未能做出传动带速度更大一些时的状况.3.由于物块是硬币，与螺线管接触时，会有侧移.