Question

2．小明用如圖1所示的裝置，探究摩擦力的大小與哪些因素有關(guān)．
（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，并使木塊作勻速直線運動．這樣做的目的是拉力與摩擦力平衡，則摩擦力與彈簧測力計的拉力大小相等．實驗時，小明記錄的部分數(shù)據(jù)如表所示．

序號	木塊放置 情況	木板表面情況	壓力/N	彈簧測力計 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1、2、3三組數(shù)據(jù)可知：滑動摩擦力的大小與接觸面所受的壓力有關(guān)．滑動摩擦力f大小與接觸面所受壓力F大小的關(guān)系式是f=0.2F．
b．如要探究滑動摩擦力與接觸面的粗糙程度的關(guān)系，應選序號為1、4、5三組數(shù)據(jù)進行分析．
（3）在表格對應的第3次實驗時，當把拉力增大到3N時，木塊和木板之間的摩擦力為2 N．
（4）小明在實驗時還發(fā)現(xiàn)：在木塊沒有被拉動時，彈簧測力計也有示數(shù)，且示數(shù)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(tài)．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；如果實驗時彈簧測力計的示數(shù)為2N，關(guān)于物體對應的運動狀態(tài)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大小，要使滑動摩擦力等于拉力，根據(jù)二力平衡的知識，拉力必須和滑動摩擦力成為一對平衡力；
（2）要探究滑動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，選擇合適的實驗，并根據(jù)實驗現(xiàn)象總結(jié)實驗結(jié)論；
根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，求解滑動摩擦力和壓力的關(guān)系；
要探究滑動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，選擇合適的實驗，并根據(jù)實驗現(xiàn)象總結(jié)實驗結(jié)論；
（3）滑動摩擦力與壓力和接觸面的粗糙程度有關(guān)，與運動狀態(tài)無關(guān)，據(jù)此判斷第3次實驗時的摩擦力；
（4）分析圖象，結(jié)合二力平衡知識解析．

解答 解：（1）實驗時，將木塊放在水平木板上，彈簧測力計沿水平方向拉動木塊，并使木塊作勻速直線運動．這樣做的目的是：拉力與摩擦力平衡，則摩擦力與彈簧測力計的拉力大小相等；
（2）a、要研究摩擦力大小與接觸面所受的壓力的關(guān)系，必須控制木塊的放置情況相同、木板表面情況相同，壓力不同，通過比較彈簧測力計示數(shù)大小關(guān)系得出實驗結(jié)論，故應選擇1、2、3；
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粗糙程度的關(guān)系，必須控制木塊的放置情況相同、壓力相同，木板表面情況不同，通過比較彈簧測力計示數(shù)大小關(guān)系得出實驗結(jié)論，故應選擇1、4、5；通過實驗數(shù)據(jù)可知：當壓力和接觸面積相同時，接觸面粗糙程度越大，滑動摩擦力越大；
（3）在表格對應的第3次實驗時，木塊做勻速直線運動時，摩擦力為2N；當把拉力增大到3N時，木塊和木板之間的壓力不變，接觸面的粗糙程度不變，所以摩擦力不變，仍為2N；
（4）根據(jù)題意和圖2可知，0～4s木塊處于靜止狀態(tài)，當拉力增大到2.3N時物體才被拉動；
根據(jù)圖2可知，如果實驗時木塊所受的拉力是2N，則木塊所處狀態(tài)是靜止或勻速直線運動，故C項正確．
故答案為：（1）水平；拉力與摩擦力平衡，則摩擦力與彈簧測力計的拉力大小相等；
（2）a．1、2、3；f=0.2F； b．1、4、5；
（3）2．  （4）2.3；C．

點評 此題是探究影響滑動摩擦力的因素，主要考查了對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(guān)系，需要控制另一個量不變．同時，還要學會讀取F-t圖象，會判斷不同時間點時力的大小和運動狀態(tài)的變化．