Question

12．一质量均匀分布、正反面相同的长方形木板，以中线MN为界，对比观察左右两部分，发现粗糙程度可能不一样，哪一侧更粗糙？同学们进行了如下实验探究．

（1）①小华将滑块放木板上，通过细线和固定的测力计相连，如图甲．在某次试验中，水平向右拉动木板，待示数稳定时，记下滑块经过左、右两部分时测力计的示数F_左的示数如图丁所示以及F_右，则F_左的大小为1.8N，若F_左＞F_右，则木板的左侧更粗糙，实验时不需要（选填“需要”或“不需要”）匀速拉动木板．
②小华左右手戴上同样的手套，木板水平对称地放在左右手上，现左手向左、右手向右，使两手距离快速增大，若木板向左运动，则木板左侧更粗糙．
（2）小明用图乙实验装置，进行如下操作：
A．将轻弹簧的一端分别固定在板上MN左右两侧的P、Q点，另一端分别与同一滑块接触．
B．移动滑块使弹簧压缩相同的长度，由静止释放滑块，使滑块越过MN但不滑离木板．
C．分别测出滑块越过MN后滑行的距离χ₁和χ₂．
小明想根据x₁和x₂的大小关系判断木板的粗糙程度，小华提出疑义．
①为能根据χ₁和χ₂的大小关系作出正确判断，请指出小明实验中存在的问题是不能确定滑块越过中线MN时速度相同．
②简述改进方法：将弹簧的一端固定在中线MN上，另一端分别与同一滑块接触，移动滑块使弹簧压缩相同的长度，由静止释放滑块，使滑块不滑离木板．分别测出滑块滑行的距离χ₁和χ₂．
（3）小红使滑块分别从左右两侧滑上木板，测出滑块运动的速度，作出滑块从两端分别运动至MN过程中的速度v和时间t的关系图线如图丙，则图线b（选填“a”或“b”）所对应的接触面更粗糙，判断的依据是b图线物块的速度变化快．

Answer 1

分析 （1）①根据测力计分度值读数；按图中的装置拉动木板时，滑块相对于桌面静止，拉力与摩擦力的大小相同，拉力越大，说明摩擦力越大，物体表面越粗糙；
②根据实验现象，木板向左运动，说明左侧摩擦力大，则左侧更粗糙；
（2）根据控制变量法，应控制滑块越过中线时的速度相同，可据此对小明的实验方案提出意见并改进；
（3）根据接触面越粗糙，对滑块的阻力越大，滑块的速度减小会越快，相反，滑块的速度减小会越慢，据此对照图象可做出判断．

解答 解：（1）①测力计分度值为0.1N，示数为1.8N；
如图甲，水平向右拉动木板，待示数稳定时，记下滑块经过左、右两部分时测力计的示数F_左和F_右，若F_左＞F_右，则说明左侧摩擦力大，即木板的左侧更粗糙；
实验时，滑块相对于桌面是静止的，因此受力平衡，不需要匀速拉动木板．
②小华左右手戴上同样的手套，木板水平对称地放在左右手上，现左手向左、右手向右，使两手距离快速增大，若木板向左运动，则说明左侧摩擦力大，即木板左侧更粗糙．
（2）①根据小明的实验过程可知，若依据小明的实验，根据x₁和x₂的大小关系判断木板的粗糙程度并不科学，因为这一实验过程不能确定滑块经过中线MN时的速度相同，不符合控制变量法的要求．
②对小明的实验可做出这样的改进：将弹簧的一端固定在中线MN上，另一端分别与同一滑块接触，移动滑块使弹簧压缩相同的长度，由静止释放滑块，使滑块不滑离木板，分别测出滑块滑行的距离x₁和x₂．
（3）由图象可知，在相同时间内，a的速度减小的慢，b的速度减小的快，说明b受到的摩擦阻力更大，则图线b所对应的接触面更粗糙．
故答案为：
（1）①1.8；左；不需要；②左；
（2）①不能确定滑块越过中线MN时速度相同；
②将弹簧的一端固定在中线MN上，另一端分别与同一滑块接触，移动滑块使弹簧压缩相同的长度，由静止释放滑块，使滑块不滑离木板．分别测出滑块滑行的距离χ₁和χ₂
③b；b图线物块的速度变化快．

点评 在本题的探究实验中，关键要抓住一点，即接触面粗糙程度对摩擦力的影响．同时还要熟练运用控制变量法以及二力平衡条件等进行分析，能准确从图象中读取信息等．