浅谈使用DISlab进行新教材摩擦力的实验

引言为了避免因测量方法、仪器、环境和测量人员素质等因素造成的误差，在物理新课程改革中引入了计算机辅助实验系统。它是一种结合传感器、数据采集器和计算机来测量物理量的设备。这就是所谓的数字信息系统实验。在DIS实验过程中，实验数据可以直接在计算机上获得，并通过图表进行分析，非常直观、简单，简化了以往实验课中复杂的计算过程，节省了时间，让学生感觉直观、易懂。在教科书的摩擦部分，新教科书第61页有一个演示实验，使用弹簧秤和木块来探索张力和摩擦的变化以及两者之间的关系。教科书介绍了以下内容:将木块放在水平长板上，使用弹簧测力计沿水平方向拉动木块，直到张力f增加到一定值，木块才会移动。

将一个小纸球轻轻插在弹簧测力计的指针下，它可以随指针移动，并作为指针到达最大位置的标志(图1)。继续用力。当拉力达到一定值Fmax时，木块开始移动，然后拉力会突然变得像F0一样小。图2是拉力变化的示意图。你能看到木块什么时候开始移动吗？用弹簧测力计进行书本实验简单，但操作要求较高。在实验过程中，木块必须匀速拉动，这在操作过程中很难做到，也不便于观察。当控制木块的匀速时，必须进行读数。许多学生不能快速准确地完成实验。教材显示摩擦力随拉力的变化，但这种变化在学生用弹簧自己进行实验的过程中很难直接观察到。因此，新教材引入了DIS实验系统和力传感器代替弹簧测力计进行实验，可以直接在计算机屏幕上获得张力变化的图形。我用DIS做了这个实验，有一些经验可以借鉴。3基于数字实验室的实验

首先，根据教材的介绍，实验装置只是将弹簧测力计变成了力传感器。实验后发现，当人们拉动传感器时，力的变化是不均匀的，传感器具有很高的灵敏度，绘制的图形显示出严重的抖动。此外，当木块的质量很小且拉力稍大时，木块开始滑动。图中最大静摩擦力和滑动摩擦力之间的关系不能清楚地反映出来，如图3所示。

然后，对实验方法进行了改进。实验装置如图4所示。木块增加了5公斤的重量，以增加最大静摩擦力。拉力传感器变为固定在桌面上的力传感器，木块下面的木块被拉动。这可以确保传感器读数总是反映木块上摩擦力的大小，而不管木块是否以恒定速度被拉动。改进后，图形线的抖动明显减小。在前半部分，可以更清楚地画出反映静摩擦力增加的曲线图。然而，在反映滑动摩擦的阶段，在许多实验室中使用的木板的表面被更平滑地处理，但是表面不够平滑，将会有不明显的凹陷和凸起，木板的滑动不够稳定，并且滑动摩擦的大小在不同的地方变化，使得曲线图的后半部分的抖动仍然严重，如图5所示。

为了解决这个问题，作者找到了一块表面纹理均匀的木头，如图6所示。这样，摩擦系数进一步增加，木块在木板上滑动时，滑动摩擦力基本不变。在这种改进之后，经过几次练习，实验图是理想的，如图7所示。

实验中的其他注意事项，实验中增加木板拉力的过程要尽可能的均匀，木板滑动后需要连续拉动，不能过早停止。结论DIS实验简化了实验数据的收集过程，但要求学生对实验方案、实验数据和表格有较高的设计能力！图像处理能力。这里需要说明的是，这个实验中得到的图形是力传感器得到的张力随时间变化的图形，书上画的摩擦力随张力变化的图形横坐标不同，应该向学生解释。