将真实弹簧测力计的外壳端连接匀速牵引器、挂钩端连接物块。物块的速度由弹簧拉力与桌面摩擦共同决定。先观察速度趋稳，再利用二力平衡测量滑动摩擦力，完成压力和接触面两组控制变量实验。
学习目标
- 确认匀速条件后用拉力读数测摩擦力
- 保持接触面不变研究压力的影响
- 保持质量不变研究接触面性质的影响
实验器材
- 蓝色 0.50 kg 物块与水平桌面
- 5 N 量程弹簧测力计，水平串联连接
- 速度为 0.25 m/s 的绿色牵引器
- 拉力图、双通道速度图、秒表与实时读数
实验准备
- 测力计初始未伸长、指示为零，拉动方向沿物块中心线且水平。
- 桌面与物块均为高级摩擦模式；桌面“高级摩擦绑定”中，对物块 #1 的配对系数为 0.20。实验改变的是这个配对值。
- 牵引器只带动测力计外壳；测力计挂钩与物块相连。绿色牵引器的质量不计入待测物块压力。
操作步骤
确认测量条件
点击开始，观察启动时拉力和物块速度的变化。在 6–8 s 暂停，确认物块速度已接近牵引器的 0.25 m/s、曲线趋平，再记录拉力；不能将启动时的峰值作为滑动摩擦力。
保持接触面，改变压力
每次先点击“重置”，在初始状态修改一个条件，再点击“开始”；图表会在新一轮采样时替换上一轮曲线。 仅将蓝色物块质量从 0.50 kg 改为 1.00 kg，保持配对摩擦系数 0.20 和牵引速度不变。待速度稳定后读取测力计，比较拉力与 mg。
保持压力，改变接触面
重置并恢复质量 0.50 kg。选中桌面，将“高级摩擦绑定”中物块 #1 的系数分别设为 0.10、0.30。其余条件不变，分别记录 6–8 s 内的稳定拉力。
检验速度的影响
恢复质量 0.50 kg、配对系数 0.20，重置后将牵引器上的外力控制设为 vx = 0.15 m/s，再与 0.25 m/s 的稳定拉力比较。说明为什么需保持匀速，而不要求每次使用完全相同的速度。
观察与记录
- 记录表：m/kg、配对摩擦系数 μ、牵引速度、物块稳定速度、拉力 F/N、压力 mg/N、F/(mg)。
- 基准组读数约 0.98 N；稳定阶段末位会有少量数值差异，可按 0.01 N 记录。
- 接触面比较用配对摩擦系数表达材料组合，不用改变物块颜色代替改变材料参数。
预期结果
- m = 0.50 kg、μ = 0.20 时，稳定滑动摩擦力约 0.98 N，物块速度约 0.25 m/s。
- 质量加倍至 1.00 kg、μ 保持 0.20 时，稳定摩擦力约 1.96 N。
- m = 0.50 kg、μ = 0.10/0.30 时，稳定摩擦力分别约 0.49/1.47 N；在所比较的两种匀速下，稳定读数近似相同。
课堂讨论
- 刚开始拉动时的测力计读数能否直接当作滑动摩擦力？
- 为什么测力计必须沿水平方向拉？
- 把匀速拉动的速度加倍，理想模型中摩擦力会加倍吗？
模型与适用范围
- 采用理想库仑摩擦模型，压力为 mg；不模拟木纹、温升或材料随速度变化的摩擦系数。
- 启动阶段弹簧有伸长与衰减振动；此时物块仍有加速度，拉力不等于滑动摩擦力。
- 更改配对系数后应保持高级摩擦绑定有效；只改简单模式系数并不改变已经指定的材料配对。