会爬绳的青蛙

引入背景：

蚂蚁上树、爬绳也许是常事，可你看到过青蛙也会沿绳上爬的吗？

实验器材：

一张青蛙卡通厚纸片，一根空圆珠笔芯，一只强力胶，一块长7、8cm的竹片，一把小刀，一把剪刀，一根长毛线，两根牙签。

实验步骤：

（1）用剪刀从青蛙卡通纸片上剪下青蛙的轮廓，然后现将圆珠笔芯剪成两段，用强力胶将其粘在青蛙图片的背面，且将两段圆珠笔芯粘成“八”字形（两脚部的距离大些），待胶干后，再用剪刀进行修剪，使得从青蛙图片正面看恰能挡住圆珠笔芯，如图11所示。（2）将毛线穿过两圆珠笔管子后，分别拴在竹片的靠近两端的位置上，另一端分别拴在两根牙签上（防止毛线从管中滑出）。（3）再用一段毛线拴住竹片的中点，并将竹片挂在高处的支架上。（4）用两手依次拉青蛙脚两边的毛线，即当左手用力拉左边的线时右手不用太大的力，当右手用力拉右边的线时左手也不用太大的力，如图12所示。观察青蛙是否会运动？朝哪个方向运动？

图11

图12

实验现象：

当两手一拉一松时，看到青蛙很自然地沿绳向上运动，且很快就“爬”到顶端了。

原理剖析：

图13

此处青蛙向上“爬动”，是利用了拉毛线时毛线（绳）对青蛙产生的斜向上的摩擦力的竖直效果大于青蛙受的重力，从而产生了向上的加速度。我们可以用图13的示意图来进行分析说明：在图13中，当我们拉右边的一根绳时，右边绳子就向右压紧管子的上端（图中力N所示），而在向下拉绳的同时，竹片的左端向上运动从而拉紧左边管子上的绳子。又由于右边绳子的作用，使得整个青蛙也就通过左边上端的管子向右紧紧地压住了该处的绳子，因此，在左端竹片向上运动时通过左边的绳子对左管（也就是对青蛙）施加了一个较大的向上的静摩擦力，当这个静摩擦力的竖直效果大于青蛙的重力时，青蛙就随着左端的绳子向上运动，看起来给我们的感觉就是青蛙沿绳子向上爬了一小段距离。同理，当我们左手用力拉左边的绳子时，青蛙又随同右边管子上方的绳子向上运动一段距离。如果我们快速不断地左右连续拉绳子，就出现了青蛙快速向上“爬”的现象。

说明：

（1）此实验中所使用的绳子应尽量用粗糙一点的，比如毛线、粗一点的棉线等，不能用光滑的钓鱼线之类的，更不能在一般的线上打蜡等。（2）穿过管子上端的绳子也可以不剪断，直接将上端的绳子跨过上方支架的轴或在轴上绕一转即可，这样在拉动某一边的绳子时，左右两边的绳子同时上下滑动。（3）此实验可以在学习静摩擦力这部分知识之后，作为趣味拓展实验来演示和研究，但要对学生讲清受力情况的话，此处太难了。当然在其他场合作为趣味实验来演示的话，这是一个非常有趣的实验。