Question

8．小明用如圖甲所示的裝置．探究摩擦力的大小與哪些因素有關．

序號	木塊放置情況	木板表面情況	壓力大小/N	彈簧測力計示數/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

（1）實驗時，小明將木塊放在水平木板上，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，此時彈簧測力計的示數即為滑動摩擦力的大小，此處應用的原理是二力平衡．
（2）實驗時，小明記錄的部分數據如表所示．
a．分析序號1、2、3三組數據可知：滑動摩擦力的大小與接觸面所受的壓力有關，滑動摩擦力的大小與接觸面所受壓力F大小的關系式是f=0.2F_N．
b．如要探究滑動摩擦力與接觸面的粗糙程度的關系，應選序號為1、4、5三組數據進行分析．
（3）小明在實驗時還發現：在木塊沒有被拉動時，彈簧測力計也有示數，且示數會變化．他請教老師，知道可用F-t圖象表示拉力隨時間的變化情況．若某次實驗開始拉動木塊直到木塊勻速滑動的F-t圖象如圖2所示，其中0～4s木塊處于靜止狀態，分析圖象可知：要使木塊由靜止開始運動，至少要用2.3N的水平拉力拉木塊；如果實驗時木塊所受的拉力是2N，則下列對木塊所處狀態的判斷，正確的是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

Answer 1

分析 （1）彈簧測力計拉動木塊時，彈簧測力計顯示拉力的大小，要使滑動摩擦力等于拉力，根據二力平衡知識可知，應使木塊在水平方向上做勻速直線運動；
（2）要探究滑動摩擦力與接觸面所受的壓力的關系，必須要控制其他變量相同，選擇合適的實驗，并根據實驗現象總結實驗結論；根據實驗數據，求解滑動摩擦力和壓力的關系；要探究滑動摩擦力與接觸面的粗糙程度的關系，必須要控制其他變量相同，選擇合適的實驗，并根據實驗現象總結實驗結論；
（3）分析圖象，結合二力平衡知識解答；

解答 解：（1）本實驗用彈簧測力計水平拉動木塊，使其做勻速直線運動，此時木塊處于平衡狀態，在水平方向上受到拉力和滑動摩擦力的作用，根據二力平衡知識可知，此時拉力大小等于滑動摩擦力大小，我們可以通過讀出彈簧測力計示數，得出滑動摩擦力的大小．
（2）a、要研究摩擦力大小與接觸面所受的壓力的關系，必須控制木塊的放置情況、木板表面情況相同，壓力不同，通過比較彈簧測力計示數大小關系得出實驗結論，因此應選擇1、2、3；通過實驗數據可知：當接觸面的粗糙程度和接觸面積相同時，壓力越大，滑動摩擦力越大；
比較三組數據可知，滑動摩擦力與壓力成正比，即$\frac{f}{{F}_{N}}$=$\frac{1.2N}{6N}$=$\frac{1.6N}{8N}$=$\frac{2N}{10N}$=0.2；
由此可以得出：f=0.2F_N；
b、要研究摩擦力大小與接觸面的粗糙程度的關系，必須控制木塊的放置情況、壓力大小相同，木板表面情況不同，通過比較彈簧測力計示數大小關系得出實驗結論，因此應選擇1、4、5；通過實驗數據可知：當壓力大小和接觸面積相同時，接觸面的粗糙程度越大，滑動摩擦力越大；
（3）由圖乙可知，0～4s木塊處于靜止狀態，4s以后木塊被拉動可做勻速直線運動；結合圖象可知，要使木塊由靜止開始運動，至少要用2.3N的水平拉力拉木塊；
如果實驗時木塊所受的拉力是2N，木塊可能靜止（還沒拉動）、也可能做勻速直線運動，故選C．
故答案為：（1）水平； 勻速直線運動； 二力平衡；
（2）a．1、2、3； f=0.2F_N； b．1、4、5；
（3）2.3； C．

點評 本題是探究摩擦力的大小與哪些因素有關，主要考查了二力平衡條件的應用及控制變量法；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系，需要控制另一個量不變．