Question

4．小慧用如圖甲所示的裝置探究摩擦力的大小與哪些因素有關(guān)的實(shí)驗(yàn)．

（1）實(shí)驗(yàn)時(shí)，小慧將木塊放在水平長(zhǎng)木板上，通過彈簧測(cè)力計(jì)沿水平方向拉動(dòng)木塊作勻速直線運(yùn)動(dòng)．讓木塊作勻速直線運(yùn)動(dòng)的目的是：使拉力和摩擦力成為一對(duì)平衡力．實(shí)驗(yàn)時(shí)，小慧記錄的部分?jǐn)?shù)據(jù)如下表所示．

序號(hào)	木板表面情況	壓力/N	彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)/N
①	木板	6	1.2
②	木板	8	1.6
③	木板	10	2.0
④	木板上鋪棉布	6	1.8
⑤	木板上鋪毛巾	6	3.0

（2）分析序號(hào)為①②③的三組數(shù)據(jù)可知：滑動(dòng)摩擦力的大小與接觸面所受的壓力有關(guān)．滑動(dòng)摩擦力f的大小與接觸面所受壓力F大小的數(shù)量關(guān)系式是f=0.2F；如要探究滑動(dòng)摩擦力與接觸面的粗糙程度的關(guān)系，應(yīng)選序號(hào)為①④⑤的三組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析．
（3）小慧在實(shí)驗(yàn)時(shí)還發(fā)現(xiàn)：在木塊沒有被拉動(dòng)時(shí)，彈簧測(cè)力計(jì)也有示數(shù)，且示數(shù)會(huì)變化．他請(qǐng)教老師，知道可用F-t圖象表示拉力隨時(shí)間的變化情況．若某次實(shí)驗(yàn)開始拉動(dòng)木塊直到木塊勻速滑動(dòng)的F-t圖象如圖乙所示，其中0～4s木塊處于靜止?fàn)顟B(tài)，此后木塊開始滑動(dòng)．分析圖象可知：在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，要使木塊由靜止開始運(yùn)動(dòng)，至少要用2.3N的水平拉力拉木塊；在實(shí)驗(yàn)過程中，如果木塊受到的拉力是2N，則下列對(duì)木塊所處狀態(tài)的判斷，正確的是C
A．靜止               B．勻速直線運(yùn)動(dòng)
C．靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)   D．條件不足，無法判斷．

Answer 1

分析 （1）二力平衡的條件是作用在同一物體上的兩個(gè)力，必須大小相等、方向相反，且在一條直線上，這兩個(gè)力才彼此平衡，這四個(gè)條件必須同時(shí)具備；
（2）滑動(dòng)摩擦力的大小與壓力和接觸面的粗糙程度有關(guān)，研究滑動(dòng)摩擦力的大小與壓力的關(guān)系，要讓接觸面的粗糙程度相同，而改變壓力；根據(jù)表中數(shù)據(jù)得出滑動(dòng)摩擦力的大小與接觸面所受壓力F大小的關(guān)系式；
研究滑動(dòng)摩擦力的大小與接觸面的粗糙程度的關(guān)系，要讓壓力相同，而改變接觸面的粗糙程度；
（3）由圖2可知要使木塊由靜止開始運(yùn)動(dòng)，至少要用多大的水平拉力拉木塊；如果實(shí)驗(yàn)時(shí)木塊所受的拉力是2N，有兩種可能：①還沒拉動(dòng)，②拉動(dòng)后勻速運(yùn)動(dòng)．

解答 解：（1）在實(shí)驗(yàn)中彈簧測(cè)力計(jì)沿水平方向拉動(dòng)木塊，并使木塊作勻速直線運(yùn)動(dòng)，根據(jù)二力平衡知識(shí)，此時(shí)拉力大小與摩擦力相等；這屬于物理學(xué)中研究問題的轉(zhuǎn)換法；
（2）①②③組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，接觸面的粗糙程度相同，壓力大小不同，可得滑動(dòng)摩擦力大小與壓力大小有關(guān)；
由數(shù)據(jù)知，壓力增大幾倍，滑動(dòng)摩擦力便增大為原來的幾倍，所以摩擦力與壓力成正比，
設(shè)f=kF，
當(dāng)F=6N時(shí)，f=1.2N，代入數(shù)據(jù)得：
1.2N=k×6N，
解得：k=0.2，
所以關(guān)系式為：f=0.2F；
①④⑤三組實(shí)驗(yàn)，壓力大小相同，接觸面的粗糙程度不同，可以探究滑動(dòng)摩擦力與接觸面的粗糙程度的關(guān)系．
（3）由圖2可知，要使木塊由靜止開始運(yùn)動(dòng)，至少要2.3N的水平拉力；如果實(shí)驗(yàn)時(shí)木塊所受的拉力是2N，可能靜止（還沒拉動(dòng)）、可能勻速運(yùn)動(dòng)，故選C．
故答案為：（1）使拉力和摩擦力成為一對(duì)平衡力；
（2）①②③；f=0.2F；①④⑤；
（3）2.3；C．

點(diǎn)評(píng) 此題是探究影響滑動(dòng)摩擦力的因素，主要考查了對(duì)二力平衡條件的應(yīng)用及控制變量法；在此實(shí)驗(yàn)中要水平拉動(dòng)木塊做勻速直線運(yùn)動(dòng)，要研究滑動(dòng)摩擦力與一個(gè)量的關(guān)系，需要控制另一個(gè)量不變．