Question

如图所示是小明“探究影响滑动摩擦力大小的因素”的实验．铜块和木块的大小和形状完全相同．在实验前，小明提出了以下几种猜想：
猜想一：滑动摩擦力的大小与压力的大小有关
猜想二：滑动摩擦力的大小与物体间接触面的粗糙程度有关
猜想三：滑动摩擦力的大小与物体间的接触面积大小有关
（1）实验时弹簧测力计拉着物体沿水平方向做______运动，此时弹簧测力计的示数即为物体所受滑动摩擦力的大小，这样做的依据是：______．

（2）比较甲、乙两图，可得到的结论是______．
（3）图乙、丙中铜块和木块叠在一起的目的是使______相同，比较乙、丙两图可得出滑动摩擦力的大小与______有关．
（4）要“探究滑动摩擦力大小与接触面积大小是否有关”，小明将木块和铜块做为一个整体竖着放置在长木板上，如丁图，测出滑动摩擦力的大小并与乙比较．你认为他的探究方案中存在的主要缺陷是：______．
（5）在全班交流环节中，小明为探究猜想二，又设计了如下方案：
①用弹簧测力计测出铜块和木块的重力大小分别为G₁和G₂；
②如图A和B所示，将铜块和木块都平放在长木板上测出滑动摩擦力大小分别为f₁和f₂；

③比较和的大小关系，获得结论．（提示：此时物块对木板的压力大小即为重力大小．）
老师肯定了小明的方案，因为：
（Ⅰ）路程与时间的比值即单位时间内物体通过的路程，反映了物体运动的快慢；同样道理，滑动摩擦力与压力的比值即______下的滑动摩擦力，反映了______．
（Ⅱ）我们学过的利用比值法定义的物理量还有______．
（6）在全班交流环节中，同班的小华在实验中还发现：在物体还没有被拉动的情况下，弹簧测力计仍然有示数，且示数逐渐增大，直到拉动物体为止．就小华观察到的现象，请你提出一个有价值且可探究的问题______．
（7）课后，班级创新小组的同学们设计出如图所示的装置测滑动摩擦力，桌面上的滑块A通过轻绳绕过滑轮，绳的另一端悬挂一只一次性塑料杯子．测量时，向塑料杯中加适量水（当需加少量水时可改用胶头滴管），使滑块A做匀速直线运动．将一次性杯中的水全部倒入量杯中，读出量杯中水的体积250ml，则滑块A受到的摩擦力f=______N；实验中选择一次性塑料杯子的原因是：______；与课本中的装置比较后，请具体指出利用该装置的优点是______．

Answer 1

【答案】分析：（1）从二力平衡的角度来分析回答；
（2）根据控制变量法，明确变量和不变量，再进一步依据变化关系得出结论；
（3）两物块交换位置叠放的目的是为了控制压力相同，接触面的粗糙程度不同，据此来进行分析；
（4）若要探究摩擦力大小与接触面积的关系，应控制压力和接触面的粗糙程度均相同；
（5）通过对比值定义法的理解，分析实验中所设计环节的意义；
（6）在物体有了相对运动的趋势，但却并没有运动时所产生的摩擦为静摩擦，据此可提出有价值的问题；
（7）图中杯和水的重力就等于对物体A的拉力，据此可进行计算．同时，此实验中借助滑轮较易控制物体做匀速直线运动，水的重力也可通过量杯等间接测量．
解答：解：（1）只有当二力平衡时拉力与摩擦力才相等，所以要求此时要做匀速直线运动；
（2）根据控制变量法，甲乙两图中接触面的粗糙程度相同，压力不同，摩擦力不同，因此可得出结论：接触面粗糙程度一定，压力越大，滑动摩擦力越大；；
（3）两物块交换位置叠放的目的是为了控制压力相同，比较乙、丙两图可得出滑动摩擦力的大小与接触面的粗糙程度有关；
（4）丁图中，将物块侧放，虽然压力相同，但没有控制接触面的粗糙程度相同，所以结论没有说服力；
（5）分析小明所设计的方案可知，这是一种通过比值法来进行的比较，因此，由题意知：滑动摩擦力与压力的比值即单位压力下的滑动摩擦力，反映了接触面的粗糙程度．类似利用比值法来定义的物理量还有密度、压强、功率等；
（6）在物体有了相对运动的趋势时所产生的摩擦力称为静摩擦力，我们可以研究静摩擦力的大小与拉力大小的关系；
（7）图中杯和水的重力就等于对物体A的拉力，就等于物体与桌面的摩擦力，在不计杯重时，f=F=G=mg=ρVg=1.0×10³kg/m³×250×10^-6m³×10N/kg=2.5N．
实验中纸杯的质量小，可忽略不计，计算拉力时更方便；
同时，利用滑轮可较好地控制物体做匀速直线运动，也可以省去使用弹簧测力计，克服测量不准的缺点．
故答案为：
（1）匀速直线运动；  二力平衡；
（2）接触面粗糙程度一定，压力越大，滑动摩擦力越大；
（3）压力；  接触面的粗糙程度有关；
（4）没有控制接触面的粗糙程度相同；
（5）单位压力；  接触面的粗糙程度；  密度；
（6）静摩擦力的大小是否与拉力的大小有关；
（7）2.5；  质量小（或密度小或重力可忽略不计等表述都可以）；  易于较准确地控制物体做匀速直线运动或用量杯替代运动中的弹簧测力计方便读数．
点评：此题从一个实验入手，考查了多个知识点，包括控制变量法的运用、二力平衡的运用、比值定义法的理解、实验的改进与设计等，其中最后几个问题有一定的难度，综合性较强．