Question

如圖所示是小明“探究影響滑動(dòng)摩擦力大小的因素”的實(shí)驗(yàn)．銅塊和木塊的大小和形狀完全相同．在實(shí)驗(yàn)前，小明提出了以下幾種猜想：
猜想一：滑動(dòng)摩擦力的大小與壓力的大小有關(guān)
猜想二：滑動(dòng)摩擦力的大小與物體間接觸面的粗糙程度有關(guān)
猜想三：滑動(dòng)摩擦力的大小與物體間的接觸面積大小有關(guān)
（1）實(shí)驗(yàn)時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)拉著物體沿水平方向做

勻速直線

運(yùn)動(dòng)，此時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)即為物體所受滑動(dòng)摩擦力的大小，這樣做的依據(jù)是：

二力平衡

．

（2）比較甲、乙兩圖，可得到的結(jié)論是

接觸面粗糙程度一定，壓力越大，滑動(dòng)摩擦力越大

．
（3）圖乙、丙中銅塊和木塊疊在一起的目的是使

壓力

相同，比較乙、丙兩圖可得出滑動(dòng)摩擦力的大小與

接觸面粗糙程度

有關(guān)．
（4）要“探究滑動(dòng)摩擦力大小與接觸面積大小是否有關(guān)”，小明將木塊和銅塊做為一個(gè)整體豎著放置在長(zhǎng)木板上，如丁圖，測(cè)出滑動(dòng)摩擦力的大小并與乙比較．你認(rèn)為他的探究方案中存在的主要缺陷是：

沒有控制接觸面的粗糙程度相同

．
（5）在全班交流環(huán)節(jié)中，小明為探究猜想二，又設(shè)計(jì)了如下方案：
①用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)出銅塊和木塊的重力大小分別為G₁和G₂；
②如圖A和B所示，將銅塊和木塊都平放在長(zhǎng)木板上測(cè)出滑動(dòng)摩擦力大小分別為f₁和f₂；

③比較

f1

G1

和

f2

G2

的大小關(guān)系，獲得結(jié)論．（提示：此時(shí)物塊對(duì)木板的壓力大小即為重力大�。�）
老師肯定了小明的方案，因?yàn)椋?br />（Ⅰ）路程與時(shí)間的比值即單位時(shí)間內(nèi)物體通過的路程，反映了物體運(yùn)動(dòng)的快慢；同樣道理，滑動(dòng)摩擦力與壓力的比值即

單位壓力

下的滑動(dòng)摩擦力，反映了

接觸面的粗糙程度

．
（Ⅱ）我們學(xué)過的利用比值法定義的物理量還有

密度（壓強(qiáng)）

．
（6）在全班交流環(huán)節(jié)中，同班的小華在實(shí)驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)：在物體還沒有被拉動(dòng)的情況下，彈簧測(cè)力計(jì)仍然有示數(shù)，且示數(shù)逐漸增大，直到拉動(dòng)物體為止．就小華觀察到的現(xiàn)象，請(qǐng)你提出一個(gè)有價(jià)值且可探究的問題

靜摩擦力的大小是否與拉力的大小有關(guān)

．
（7）課后，班級(jí)創(chuàng)新小組的同學(xué)們?cè)O(shè)計(jì)出如圖所示的裝置測(cè)滑動(dòng)摩擦力，桌面上的滑塊A通過輕繩繞過滑輪，繩的另一端懸掛一只一次性塑料杯子．測(cè)量時(shí)，向塑料杯中加適量水（當(dāng)需加少量水時(shí)可改用膠頭滴管），使滑塊A做勻速直線運(yùn)動(dòng)．將一次性杯中的水全部倒入量杯中，讀出量杯中水的體積250ml，則滑塊A受到的摩擦力f=

2.5

N；實(shí)驗(yàn)中選擇一次性塑料杯子的原因是：

質(zhì)量小

；與課本中的裝置比較后，請(qǐng)具體指出利用該裝置的優(yōu)點(diǎn)是

易于較準(zhǔn)確地控制物體做勻速直線運(yùn)動(dòng)或用量杯替代運(yùn)動(dòng)中的彈簧測(cè)力計(jì)方便讀數(shù)

．

Answer 1

分析：（1）從二力平衡的角度來分析回答；
（2）根據(jù)控制變量法，明確變量和不變量，再進(jìn)一步依據(jù)變化關(guān)系得出結(jié)論；
（3）兩物塊交換位置疊放的目的是為了控制壓力相同，接觸面的粗糙程度不同，據(jù)此來進(jìn)行分析；
（4）若要探究摩擦力大小與接觸面積的關(guān)系，應(yīng)控制壓力和接觸面的粗糙程度均相同；
（5）通過對(duì)比值定義法的理解，分析實(shí)驗(yàn)中所設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的意義；
（6）在物體有了相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，但卻并沒有運(yùn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的摩擦為靜摩擦，據(jù)此可提出有價(jià)值的問題；
（7）圖中杯和水的重力就等于對(duì)物體A的拉力，據(jù)此可進(jìn)行計(jì)算．同時(shí)，此實(shí)驗(yàn)中借助滑輪較易控制物體做勻速直線運(yùn)動(dòng)，水的重力也可通過量杯等間接測(cè)量．

解答：解：（1）只有當(dāng)二力平衡時(shí)拉力與摩擦力才相等，所以要求此時(shí)要做勻速直線運(yùn)動(dòng)；
（2）根據(jù)控制變量法，甲乙兩圖中接觸面的粗糙程度相同，壓力不同，摩擦力不同，因此可得出結(jié)論：接觸面粗糙程度一定，壓力越大，滑動(dòng)摩擦力越大；
（3）兩物塊交換位置疊放的目的是為了控制壓力相同，比較乙、丙兩圖可得出滑動(dòng)摩擦力的大小與接觸面的粗糙程度有關(guān)；
（4）丁圖中，將物塊側(cè)放，雖然壓力相同，但沒有控制接觸面的粗糙程度相同，所以結(jié)論沒有說服力；
（5）分析小明所設(shè)計(jì)的方案可知，這是一種通過比值法來進(jìn)行的比較，因此，由題意知：滑動(dòng)摩擦力與壓力的比值即單位壓力下的滑動(dòng)摩擦力，反映了接觸面的粗糙程度．類似利用比值法來定義的物理量還有密度、壓強(qiáng)、功率等；
（6）在物體有了相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)時(shí)所產(chǎn)生的摩擦力稱為靜摩擦力，我們可以研究靜摩擦力的大小與拉力大小的關(guān)系；
（7）圖中杯和水的重力就等于對(duì)物體A的拉力，就等于物體與桌面的摩擦力，在不計(jì)杯重時(shí)，f=F=G=mg=ρVg=1.0×10³kg/m³×250×10^-6m³×10N/kg=2.5N．
實(shí)驗(yàn)中紙杯的質(zhì)量小，可忽略不計(jì)，計(jì)算拉力時(shí)更方便；
同時(shí)，利用滑輪可較好地控制物體做勻速直線運(yùn)動(dòng)，也可以省去使用彈簧測(cè)力計(jì)，克服測(cè)量不準(zhǔn)的缺點(diǎn)．
故答案為：
（1）勻速直線運(yùn)動(dòng)；  二力平衡；
（2）接觸面粗糙程度一定，壓力越大，滑動(dòng)摩擦力越大；
（3）壓力；  接觸面的粗糙程度有關(guān)；
（4）沒有控制接觸面的粗糙程度相同；
（5）單位壓力；  接觸面的粗糙程度；  密度；
（6）靜摩擦力的大小是否與拉力的大小有關(guān)；
（7）2.5；  質(zhì)量�。ɑ蛎芏刃』蛑亓�可忽略不計(jì)等表述都可以）；  易于較準(zhǔn)確地控制物體做勻速直線運(yùn)動(dòng)或用量杯替代運(yùn)動(dòng)中的彈簧測(cè)力計(jì)方便讀數(shù)．

點(diǎn)評(píng)：此題從一個(gè)實(shí)驗(yàn)入手，考查了多個(gè)知識(shí)點(diǎn)，包括控制變量法的運(yùn)用、二力平衡的運(yùn)用、比值定義法的理解、實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與設(shè)計(jì)等，其中最后幾個(gè)問題有一定的難度，綜合性較強(qiáng)．