16.小明用如圖所示的裝置,探究摩擦力的大小與哪些因素有關(guān).

(1)實(shí)驗(yàn)時(shí),小明將木塊放在水平木板上,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).這里運(yùn)用了二力平衡的原理;
(2)實(shí)驗(yàn)時(shí),小明記錄的部分?jǐn)?shù)據(jù)如表所示.
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61.2
2平放木板81.6
3平放木板102.0
4平放木板上鋪棉布61.8
5平放木板上鋪毛巾63.0
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)小明在實(shí)驗(yàn)時(shí)還發(fā)現(xiàn):在木塊沒(méi)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圖象如圖所示,其中0~4s木塊處于靜止?fàn)顟B(tài).分析圖象可知:當(dāng)用F=2.1牛的水平拉力拉靜止的木塊時(shí),木塊所受摩擦力大小為2.1牛;若用F=2.6牛的水平拉力拉木塊,木塊所受摩擦力大小為2牛.
(4)實(shí)驗(yàn)前,如果小明先豎直方向?qū)椈蓽y(cè)力計(jì)調(diào)零,然后再按上述操作要求在水平方向上勻速拉動(dòng)木塊,測(cè)得的滑動(dòng)摩擦力將<(選填“>”、“<”或“=”)實(shí)際的摩擦力.

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;
(2)a、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;
b、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;處于靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的物體,受到平衡力作用;
摩擦力與壓力和接觸面的粗糙程度有關(guān),與物體所受拉力和運(yùn)動(dòng)情況等無(wú)關(guān);
(4)在豎直方向上對(duì)彈簧測(cè)力計(jì)調(diào)零,因彈簧自身重力的作用,會(huì)使指針?biāo)傅某跏嘉恢闷路剑偎绞褂脮r(shí),指針回縮,則測(cè)出的力的示數(shù)會(huì)變。

解答 解:
(1)木塊在水平木板上運(yùn)動(dòng),受到的摩擦力是水平方向的,為了使拉力和摩擦力成為一對(duì)平衡力,彈簧測(cè)力計(jì)必須沿水平方向拉動(dòng)木塊,并使木塊作勻速直線運(yùn)動(dòng);
(2)a、由序號(hào)為1、2、3三組數(shù)據(jù)可知,接觸面的粗糙程度相同,壓力不同,摩擦力不同,可見滑動(dòng)摩擦力的大小與接觸面所受的壓力有關(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(lái)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;
b、要研究摩擦力大小與接觸面粗糙程度的關(guān)系,必須控制壓力大小相同,接觸面粗糙程度不同,通過(guò)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,故應(yīng)選擇1、4、5;
(3)由圖示圖象可知,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,即拉動(dòng)木塊需要的最小拉力是2.3N,所以施加2.1N拉力時(shí),物體會(huì)靜止,水平方向受力平衡,所以摩擦力也是2.1N;
由圖象可知,木塊勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)所受摩擦力為2N,由于滑動(dòng)摩擦力與壓力和接觸面的粗糙程度有關(guān),與物體所受拉力和運(yùn)動(dòng)情況等無(wú)關(guān),所以當(dāng)拉力為2.6N時(shí),摩擦力仍為2N;
(4)因?yàn)閺椈勺陨碇亓Φ淖饔茫援?dāng)在豎直方向上對(duì)彈簧測(cè)力計(jì)調(diào)零后,再在水平方向上測(cè)拉力的大小,指針的位置會(huì)有一定的回縮,致使所測(cè)出的摩擦力小于實(shí)際摩擦力的大。
故答案為:(1)勻速直線;二力平衡;
(2)a. 1、2、3;f=0.2F; b. 1、4、5;
(3)2.1;2;
(4)<.

點(diǎn)評(píng) 本題為探究摩擦力的大小與哪些因素有關(guān)的實(shí)驗(yàn)題,考查了二力的平衡條件、控制變量法的使用、分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出結(jié)論的能力,要求靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析回答.

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