Question

為探究滑動摩擦力大小與什么因素有關，小明設計了如圖甲所示的實驗．

（1）如果要想利用此實驗來探究滑動摩擦力的大小與壓力的關系，應設計怎樣的實驗步驟？
（2）在探究滑動摩擦力的大小是否與物體間的接觸面積有關時，小明先后用大、小木塊按照圖甲所示的方法進行對比實驗．小明的做法是否正確？為什么？
（3）在研究此問題時，小紅設計的實驗如圖乙所示，彈簧測力計一端固定，另一端鉤住長方形木塊，木塊下面是一長木板，實驗時拖支長木板，然后讀出彈簧力計的示數，即可測出木塊和木板之間的摩擦力．小明看了小紅的實驗后，認為小紅設計的實驗優于自己設計的實驗．對此你能說出其中的原因嗎？

Answer 1

【答案】分析：（1）滑動摩擦力的大小與壓力大小和接觸面的粗糙程度有關，研究滑動摩擦力與壓力大小的關系時，采用控制變量法的思想，控制接觸面的粗糙程度相同，只改變壓力的大小觀察滑動摩擦力的大小變化情況；
（2）探究滑動摩擦力的大小與物體間的接觸面積是否有關時，應控制壓力和接觸面的粗糙程度不變，改變接觸面積的大小觀察滑動摩擦力的大小變化情況；
（3）滑動摩擦力的大小通過彈簧測力計的示數體現，根據二力平衡的知識，只有物體做勻速直線運動時，摩擦力才等于彈簧測力計的拉力，因此必須控制木塊做勻速直線運動，而木塊做勻速直線運動是不容易控制的．
解答：解：（1）研究滑動摩擦力的大小與壓力的關系時，在控制接觸面的粗糙程度和接觸面的大小不變基礎上注意兩點：①彈簧測力計拉動木塊做勻速直線運動，②通過給木塊上添加重物改變壓力，觀察彈簧測力計的示數分析摩擦力的大小變化．
（2）研究摩擦力的大小與接觸面積的大小是否有關時，必須保證壓力和接觸面的粗糙程度相同，實驗中采用用大、小兩個木塊雖然改變了接觸面積，但是木塊對接觸面的壓力大小也改變了，因此小明的做法是不正確的．
（3）小明的設計必須保證木塊做勻速直線運動，根據二力平衡的知識，摩擦力的大小才等于彈簧測力計的拉力，但是很難讓木塊保持勻速直線運動狀態，導致了彈簧測力計的示數不穩定．小紅的設計中無論長木板是否做勻速直線運動，木塊都處于靜止狀態，根據二力平衡的條件，拉力等于摩擦力，而且無論拉木板速度多少，摩擦力都一樣，不改變摩擦力大小．所以容易讀數．
故答案為：（1）①用彈簧測力計拉動木塊，使它做勻速直線運動，讀出此時彈簧測力計的示數F₁；
②在木塊上面加一個重物，再用彈簧測力計拉動木塊，使它做勻速直線運動，讀出此時彈簧測力計的示數F₂；
③比較F₁和F₂的大小得出實驗結論．
（2）不正確，實驗過程中沒有保持相同的壓力；
（3）木塊不必做勻速直線運動（或彈簧測力計保持靜止，便于讀數）．
點評：探究摩擦力的實驗一般從兩個方面進行考查：①控制變量法研究實驗的步驟，抓住變量和不變量；②實驗中要求拉動木塊做勻速直線運動的原因，以及實驗的改進方法．