Question

8．小明用如圖甲所示的裝置，探究滑動摩擦力的大小與哪些因素有關(guān)．實驗時，小明將木塊放在水平長木板上，用彈簧測力計沿水平方向拉動木塊，并使木塊做勻速直線運動．改變放在木塊上的砝碼，從而改變木塊與長木板之間的壓力；把棉布、毛巾等鋪在長木板上，從而改變接觸面的粗糙程度．

（1）觀察三個實驗，比較甲圖和乙 圖所示實驗，說明滑動摩擦力的大小與作用在物體表面的壓力有關(guān)．
（2）觀察三個實驗，比較甲圖和丙圖所示實驗，說明了滑動摩擦力的大小與接觸面的粗糙程度 有關(guān)．
（3）小明在進行乙圖中實驗時，改變放在木塊上的砝碼，通過多次實驗得到滑動摩擦力F與作用在物體表面的壓力F_壓的關(guān)系得到圖線如丁圖所示，由圖可知：F_摩=0.25 F_壓．乙圖中當木塊與砝碼對地面的壓力變?yōu)?2N時，木塊在長木板上勻速滑動時受到的拉力為3 N．
（4）小明某次拉動木塊由靜止變?yōu)閯蛩龠\動時，拉力F隨時間t的變化關(guān)系如圖戊所示（其中0～3s木塊處于靜止狀態(tài)）．分析圖象可知：要使木塊由靜止到開始運動，至少要用4.2 N的水平拉力；若木塊所受的拉力F=4N，則木塊所處的狀態(tài)是C．
A．靜止    B．勻速直線運動     C．靜止或勻速直線運動  D．條件不足，無法判斷．
（5）交流評估時，某實驗小組提出：實驗過程中，彈簧測力計的示數(shù)不容易穩(wěn)定．可能的原因是B
A．木板的長度太長   B．木板的粗糙程度不均勻
C．彈簧測力計的分度值太大   D．木板與木板的接觸面積太大
（6）為了探究靜摩擦力作用的相互性，并比較一對相互作用的靜摩擦力的大小，小明又設(shè)計了如圖甲所示的實驗裝置，整個裝置放在水平桌面上，其中A、B兩木塊疊放在一起，兩個輕質(zhì)彈簧測力計C、D的一端與兩木塊相連，另一端固定在鐵架臺E、F上．后來經(jīng)過討論，完善了實驗裝置，如圖乙所示． 在水平桌面是光滑的理想情況下，B對A的靜摩擦力的大小等于彈簧測力計D的示數(shù)，A對B的靜摩擦力的大小等于彈簧測力計C的示數(shù)．

①實際B與桌面也存在摩擦力，為此在B下面放細圓木條的目的是減小桌面對木塊B的摩擦力，在A上放鉤碼的目的是增大壓力．
②實驗中需向右緩慢移動鐵架臺F，在此過程中，應(yīng)使A、B保持相對靜止，整個裝置靜止后，讀取兩個彈簧測力計的示數(shù)F₁、F₂．（填“運動”或“靜止”）
③分析實驗數(shù)據(jù)，若F₁=F₂，則靜摩擦力的作用是相互的，且一對相互作用的靜摩擦力大小相等．

Answer 1

分析 （1）要探究摩擦力與壓力的關(guān)系，需使接觸面的粗糙程度相同，壓力大小不同；
（2）比較甲、丙兩圖，得出摩擦力大小與接觸面粗糙程度的關(guān)系；
（3）根據(jù)圖象中壓力和摩擦力的數(shù)據(jù)，找出其關(guān)系；
根據(jù)F=f=0.25F壓計算得出拉力的大��；
由于砝碼與木塊一起做加速運動，所以砝碼與木塊沒有發(fā)生相對滑動，受靜摩擦力；
由于砝碼的速度不斷加快，所以受到的摩擦力使其運動狀態(tài)不斷變化；
（4）分析圖象，結(jié)合二力平衡知識解析；
（5）滑動摩擦力受接觸面的粗糙程度的影響，據(jù)此判斷影響彈簧測力計示數(shù)不穩(wěn)定的原因；
（6）①增大摩擦力的方法：增大壓力，增大接觸面的粗糙程度．減小摩擦力的方法：減小壓力，減小接觸面的粗糙程度，使接觸面脫離，用滾動代替滑動；
②使A、B保持相對靜止，測出靜摩擦力的大�。�
③相互作用力：大小相等、方向相反、作用在同一條直線上、作用在不同物體上．

解答 解：
（1）甲、乙兩圖接觸面的粗糙程度相同，壓力大小不同，測力計的示數(shù)不同，可得滑動摩擦力的大小與壓力大小有關(guān)；
（2）甲圖和丙圖所示實驗，壓力大小相同，接觸面的粗糙程度不同，測力計的示數(shù)不同，說明了滑動摩擦力的大小與接觸面的粗糙程度有關(guān)；
（3）由摩擦力f與作用在物體表面的壓力F_壓的關(guān)系圖線可知，摩擦力f與作用在物體表面的壓力F_壓成正比：
當作用在物體表面的壓力為2N時，摩擦力為0.5N，作用在物體表面的壓力為4N時，摩擦力為1N，所以摩擦力f與壓力F_壓的關(guān)系是：f=0.25F_壓；
當木塊與砝碼對地面的壓力變?yōu)?2N時，木塊在長木板上勻速滑動時受到的拉力為F=f=0.25×12N=3N；
如果此時彈簧測力計拉著木塊和砝碼水平向右一起做加速運動，木塊對桌面的壓力和接觸面的粗糙程度不變，所以木塊所受的滑動摩擦力仍為3N；
由于砝碼與木塊沒有發(fā)生相對滑動，所以此時砝碼受靜摩擦力作用；
由于砝碼向右做加速運動，所以所受摩擦力水平向右；
（4）由圖象戊分析可知，當木塊做勻速直線運動時，在水平方向上受到的拉力和滑動摩擦力是一對平衡力，根據(jù)二力平衡的知識可知，這兩個大小相等，方向相反，其中0～3s木塊處于靜止狀態(tài)，其中最大拉力為4.2N；
根據(jù)圖象所示信息，如果實驗時木塊所受的拉力是4N，則木塊所處狀態(tài)是靜止或勻速直線運動，故C正確．
（5）A、木板的長短不會影響摩擦力的大小，所以不是造成彈簧測力計的示數(shù)不容易穩(wěn)定的原因，故A錯誤；
B．木板的粗糙程度不均勻，影響摩擦力的大小，會造成彈簧測力計的示數(shù)不容易穩(wěn)定，故B正確；
C、彈簧測力計的分度值太大，只會使測量的準確度降低，不是造成彈簧測力計的示數(shù)不容易穩(wěn)定的原因，故C錯誤；
D．木塊與木板的接觸面積不影響摩擦力的大小，所以不是造成彈簧測力計的示數(shù)不容易穩(wěn)定的原因，故D錯誤．
（6）①在B下面放細圓木條的目的是減小接觸面的粗糙程度，使接觸面脫離，用滾動代替滑動，減小桌面對木塊B的摩擦力．在A上放鉤碼的目的是增大壓力從而增大摩擦力．
②本實驗是為了探究靜摩擦力作用的相互性，并比較一對相互作用的靜摩擦力的大小，故實驗中需向右緩慢移動鐵架臺F，在此過程中，應(yīng)使A、B保持相對靜止，整個裝置靜止后，讀取兩個彈簧測力計的示數(shù)F₁、F₂．
③分析實驗數(shù)據(jù)，若F₁=F₂，則靜摩擦力的作用是相互的，且一對相互作用的靜摩擦力大小相等．
故答案為：（1）乙；（2）接觸面的粗糙程度；（3）0.25；3；（4）4.2；C；（5）B；（6）①減小桌面對木塊B的摩擦力；增大壓力；②靜止；③F₁=F₂．

點評 此題是探究影響滑動摩擦力的因素，主要考查了對二力平衡條件的應(yīng)用及控制變量法；在此實驗中要水平拉動木塊做勻速直線運動，要研究滑動摩擦力與一個量的關(guān)系，需要控制另一個量不變．