Question

9．小慧用如圖1所示的裝置，探究滑動(dòng)摩擦力的大小與哪些因素有關(guān)．
（1）實(shí)驗(yàn)時(shí)，小慧將木塊放在水平木板上，用彈簧測(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)．這樣做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)	木塊放置情況	木板表面情況	壓力/N	彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)/N
1	平放	木板	6	1.2
2	平放	木板	8	1.6
3	平放	木板	10	2.0
4	平放	木板上鋪棉布	6	1.8
5	平放	木板上鋪毛巾	6	3.0

（2）a．分析序號(hào)1、2、3 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大小與接觸面所受壓力F大小的關(guān)系式是f=0.2F． b．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1、4、5 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2所示，其中0～4s木塊處于靜止?fàn)顟B(tài)．分析圖象可知：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；如果實(shí)驗(yàn)時(shí)木塊所受的拉力是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）彈簧測(cè)力計(jì)拉動(dòng)木塊時(shí)，彈簧測(cè)力計(jì)顯示拉力大小，要使滑動(dòng)摩擦力等于拉力，根據(jù)二力平衡的知識(shí)，拉力必須和滑動(dòng)摩擦力方向相反，在水平方向上；
（2）要探究滑動(dòng)摩擦力與接觸面所受的壓力的關(guān)系，必須要控制其他變量相同，選擇合適的實(shí)驗(yàn)，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)論；根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，求解滑動(dòng)摩擦力和壓力的關(guān)系；要探究滑動(dòng)摩擦力與接觸面的粗糙程度的關(guān)系，必須要控制其他變量相同，選擇合適的實(shí)驗(yàn)，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)論；
（3）分析圖象，結(jié)合二力平衡知識(shí)解析．

解答 解：（1）本實(shí)驗(yàn)探究滑動(dòng)摩擦力的大小與哪些因素有關(guān)，滑動(dòng)摩擦力的大小無法直接測(cè)量，我們可以用彈簧測(cè)力計(jì)水平拉動(dòng)木塊，使其做勻速直線運(yùn)動(dòng)，此時(shí)木塊處于平衡狀態(tài)，在水平方向上受到的拉力和滑動(dòng)摩擦力的作用，根據(jù)二力平衡的知識(shí)可知，此時(shí)拉力大小等于滑動(dòng)摩擦力大小，我們可以通過讀出彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)，得出滑動(dòng)摩擦力的大小，使木塊在水平方向上做勻速直線運(yùn)動(dòng)的目的：使拉力大小等于摩擦力大小；
（2）a、要研究摩擦力大小與接觸面所受的壓力的關(guān)系，必須控制其他變量相同：表格中的木塊放置情況、木板表面情況相同，壓力不同，通過比較彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)大小關(guān)系得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，應(yīng)選擇1、2、3，通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，其他因素相同時(shí)，壓力越大，彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)越大，即滑動(dòng)摩擦力越大，可得出結(jié)論：當(dāng)接觸面粗糙程度和接觸面積相同時(shí)，壓力越大，滑動(dòng)摩擦力越大；
比較三組數(shù)據(jù)可知：$\frac{f}{F}$=$\frac{1.2N}{6N}$=$\frac{1.6N}{8N}$=$\frac{2N}{10N}$=0.2，由此可以得出：f=0.2F；
b、要研究摩擦力大小與接觸面的粗糙程度的關(guān)系，必須控制其他變量相同：表格中的木塊放置情況、壓力相同，木板表面情況不同，通過比較彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)大小關(guān)系得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，應(yīng)選擇1、4、5，通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，其他因素相同時(shí)，接觸面的粗糙程度越大，彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)越大，即滑動(dòng)摩擦力越大，可得出結(jié)論：當(dāng)壓力和接觸面積相同時(shí)，接觸面粗糙程度越大，滑動(dòng)摩擦力越大；
（3）由（1）分析可知，當(dāng)木塊做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，在水平方向上受到的拉力和滑動(dòng)摩擦力是一對(duì)平衡力，根據(jù)二力平衡的知識(shí)可知，這兩個(gè)大小相等，方向相反，其中0～4s木塊處于靜止?fàn)顟B(tài)，彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)2.3N，即拉力2.3N；根據(jù)圖象所示信息，如果實(shí)驗(yàn)時(shí)木塊所受的拉力是2N，則木塊所處狀態(tài)是靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)，故判斷選：C；
故答案為：（1）水平；使拉力和摩擦力成為一對(duì)平衡力；（2）a：1、2、3；f=0.2F；b：1、4、5；（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．