Question

13．為了探究滑動(dòng)摩擦力的大小跟哪些因素有關(guān)，小明同學(xué)在老師的指導(dǎo)下做了一系列實(shí)驗(yàn)．以下是部分實(shí)驗(yàn)步驟（實(shí)驗(yàn)過程中保持長木板水平且固定）：
第一次：把木塊放在長木板上，用彈簧測力計(jì)水平拖拉木塊，使木塊做勻速直線運(yùn)動(dòng)（如圖甲），讀出彈簧測力計(jì)的示數(shù)，并記入表中；
第二次：把木塊側(cè)放在長木板上，用同樣的方法拉木塊（如圖乙），記下相應(yīng)的示數(shù)；
第三次：把兩塊相同的木塊疊放在一起平放在長木板上，再用同樣的方法拉木塊（如圖丙），記下相應(yīng)的示數(shù)．

（1）請你幫助小明填全表格內(nèi)的數(shù)據(jù)；

實(shí)驗(yàn)次數(shù)	木塊對木板的壓力/N	彈簧測力計(jì)的示數(shù)/N	滑動(dòng)摩擦力/N
1	20	4.0	4
2	20	4.0	4
3	40	8.0

（2）比較第1、2兩次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)滑動(dòng)摩擦力的大小與接觸面積無關(guān)；
（3）比較第1、3兩次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以初步得出的結(jié)論是：在接觸面粗糙程度相同的情況下，壓力越大，滑動(dòng)摩擦力越大．
（4）根據(jù)以上分析，可以判斷圖丁中圖線b表示滑動(dòng)摩擦力f隨接觸面積的變化關(guān)系，圖線a表示滑動(dòng)摩擦力f隨壓力變化的關(guān)系．
（5）本實(shí)驗(yàn)中摩擦力的測量是間接（選填“直接”或“間接”）測量的，必須在水平方向上勻速拉動(dòng)木塊才能測出摩擦力的原因是（填物理原理）：二力平衡條件．
（6）在物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)大賽上，一同學(xué)對該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)，其實(shí)驗(yàn)方法如圖戊所示，根據(jù)彈簧測力計(jì)的示數(shù)也能得知摩擦力的大小，請你說明這種改進(jìn)的好處是（寫出一個(gè)優(yōu)點(diǎn)即可）：
彈簧測力計(jì)的示數(shù)更穩(wěn)定，便于讀數(shù)．

Answer 1

分析 （1）沿水平方向拉動(dòng)木塊，讓木塊做勻速直線運(yùn)動(dòng)，木塊處于平衡狀態(tài)，由平衡條件可知，滑動(dòng)摩擦力等于拉力．
（2）探究滑動(dòng)摩擦力與接觸面面積的關(guān)系，應(yīng)控制物體間的壓力與接觸面的粗糙程度不變，而接觸面的面積不同，根據(jù)圖示情景找出符合要求的實(shí)驗(yàn)．
（3）根應(yīng)用控制變量法，據(jù)1、3次實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)條件及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，然后得出結(jié)論．
（4）分析清楚圖象特點(diǎn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)論，找出符合實(shí)驗(yàn)結(jié)論的圖象．
水平勻速拉動(dòng)木塊，讓木塊做勻速直線運(yùn)動(dòng)，木塊處于平衡狀態(tài)，由二力平衡條件可知，滑動(dòng)摩擦力等于拉力；根據(jù)控制變量法的要求分析圖示實(shí)驗(yàn)，根據(jù)控制的變量與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論．
（6）讓彈簧測力計(jì)與物體固定，不要控制物體做運(yùn)動(dòng)直線運(yùn)動(dòng)，同時(shí)便于讀數(shù)．

解答 解：
（1）實(shí)驗(yàn)時(shí)，用彈簧測力計(jì)水平拖拉木塊，使木塊做勻速直線運(yùn)動(dòng)；木塊做勻速直線運(yùn)動(dòng)，處于平衡狀態(tài)，滑動(dòng)摩擦力等于拉力，則摩擦力f₃=F₃=8.0N，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表所示．

實(shí)驗(yàn)次數(shù)	木塊對木板的壓力/N	彈簧測力計(jì)的示數(shù)/N	滑動(dòng)摩擦力/N
1	20	4.0	4
2	20	4.0	4
3	40	8.0	8

（2）由圖示可知，1、2兩次實(shí)驗(yàn)中，物體間的壓力與接觸面的粗糙程度相同，接觸面的面積不同，由表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，兩種情況下，木塊受到的滑動(dòng)摩擦力相等，由此可知：滑動(dòng)摩擦力的大小與接觸面積無關(guān)．
（3）由表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，1、3兩次實(shí)驗(yàn)，物體間接觸面的粗糙程度相同，物體間的壓力不同，壓力越大，滑動(dòng)摩擦力越大，由此可知：在接觸面粗糙程度相同的情況下，壓力越大，滑動(dòng)摩擦力越大．
（4）滑動(dòng)摩擦力與接觸面的面積無關(guān)，滑動(dòng)摩擦力f不隨接觸面面積的變化為變化，該規(guī)律可以用圖象b來描述；在接觸面粗糙程度相同的情況下，壓力越大，摩擦力越大，該規(guī)律可以用圖象a來描述．
（5）在實(shí)驗(yàn)中，用彈簧測力計(jì)拉著木塊時(shí)，應(yīng)水平地拉動(dòng)，使它在水平面上做勻速直線運(yùn)動(dòng)．根據(jù)二力平衡條件可知，木塊所受摩擦力的大小等于彈簧測力計(jì)的示數(shù)，這種測摩擦力的方法是間接測量法．
（6）從實(shí)驗(yàn)誤差方面來看，原來的方案要保持木塊的勻速運(yùn)動(dòng)中讀數(shù)，不容易讀得準(zhǔn)確．現(xiàn)在方案中，彈簧秤是靜止的，讀數(shù)容易讀得準(zhǔn)確，并且便于操作．
故答案為：（1）如上表所示；（2）1、2；（3）在接觸面粗糙程度相同的情況下，壓力越大，滑動(dòng)摩擦力越大；（4）b；a；（5）間接；二力平衡條件；
（6）彈簧測力計(jì)的示數(shù)更穩(wěn)定，便于讀數(shù)．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，實(shí)驗(yàn)應(yīng)用了控制變量法，熟練應(yīng)用控制變量法是正確解題的關(guān)鍵．