Question

17．小明用如图甲所示的装置，探究滑动摩擦力的大小与哪些因素有关．实验时，小明将木块放在水平长木板上，用弹簧测力计沿水平方向拉动木块，并使木块做匀速直线运动．这样做的目的是使拉力与摩擦力相等（或平衡）．改变放在木块上的砝码，从而改变木块与长木板之间的压力；把棉布、毛巾等铺在长木板上，从而改变接触面的粗糙程度．
（1）观察三个实验，比较甲图和乙图所示实验，说明滑动摩擦力的大小与作用在物体表面的压力有关．
（2）观察三个实验，比较甲图和丙图所示实验，说明了滑动摩擦力的大小与接触面的粗糙程度有关．
（3）小明在进行乙图中实验时，改变放在木块上的砝码，通过多次实验得到滑动摩擦力F_摩与作用在物体表面的压力F_压的关系图线如丁图所示，由图可知：F_摩=0.25F_压．
乙图中当木块与砝码对地面的压力变为12N时，木块在长木板上匀速滑动时受到的拉力为3N，如果此时弹簧测力计拉着木块和砝码水平向右一起做加速运动，木块所受的滑动摩擦力为3N，此时砝码受静摩擦力（静摩擦力、滑动摩擦力）作用．方向为水平向右．（选填“水平向右”、“水平向左”）．

（4）小明某次拉动木块由静止变为匀速运动时，拉力F随时间t的变化关系如图戊所示（其中0～3s木块处于静止状态）．分析图象可知：要使木块由静止到开始运动，至少要用，4.2N的水平拉力；若木块所受的拉力F=4N，则木块所处的状态是C．
A．静止                      B．匀速直线运动
C．静止或匀速直线运动        D．条件不足，无法判断．

Answer 1

分析 弹簧测力计拉动木块时，弹簧测力计显示拉力大小，要使滑动摩擦力等于拉力，根据二力平衡条件，木块一定进行匀速直线运动；
（1）要探究摩擦力与压力的关系，需使接触面的粗糙程度相同，压力大小不同；
（2）比较甲、丙两图，得出摩擦力大小与接触面粗糙程度的关系；
（3）根据图象中压力和摩擦力的数据，找出其关系；
根据F=f=0.25F压计算得出拉力的大小；
由于砝码与木块一起做加速运动，所以砝码与木块没有发生相对滑动，受静摩擦力；
由于砝码的速度不断加快，所以受到的摩擦力使其运动状态不断变化；
（4）分析图象，结合二力平衡知识解析．

解答 解：在实验中弹簧测力计沿水平方向拉动木块，并使木块作匀速直线运动，根据二力平衡知识，此时拉力大小与摩擦力相等；
（1）甲、乙两图接触面的粗糙程度相同，压力大小不同，测力计的示数不同，可得滑动摩擦力的大小与压力大小有关；
（2）甲图和丙图所示实验，压力大小相同，接触面的粗糙程度不同，测力计的示数不同，说明了滑动摩擦力的大小与接触面的粗糙程度有关；
（3）由摩擦力f与作用在物体表面的压力F_压的关系图线可知，摩擦力f与作用在物体表面的压力F_压成正比：
当作用在物体表面的压力为2N时，摩擦力为0.5N，作用在物体表面的压力为4N时，摩擦力为1N，所以摩擦力f与压力F_压的关系是：f=0.25F_压；
当木块与砝码对地面的压力变为12N时，木块在长木板上匀速滑动时受到的拉力为F=f=0.25×12N=3N；
如果此时弹簧测力计拉着木块和砝码水平向右一起做加速运动，木块对桌面的压力和接触面的粗糙程度不变，所以木块所受的滑动摩擦力仍为3N；
由于砝码与木块没有发生相对滑动，所以此时砝码受静摩擦力作用；
由于砝码向右做加速运动，所以所受摩擦力水平向右；
（4）由图象戊分析可知，当木块做匀速直线运动时，在水平方向上受到的拉力和滑动摩擦力是一对平衡力，根据二力平衡的知识可知，这两个大小相等，方向相反，其中0～3s木块处于静止状态，其中最大拉力为4.2N；
根据图象所示信息，如果实验时木块所受的拉力是4N，则木块所处状态是静止或匀速直线运动，故C正确．
故答案为：相等（或平衡）；（1）乙；（2）接触面的粗糙程度；（3）0.25；3；3；静摩擦力；水平向右；（4）4.2；C．

点评 此题是探究影响滑动摩擦力的因素，主要考查了对二力平衡条件的应用及控制变量法；在此实验中要水平拉动木块做匀速直线运动，要研究滑动摩擦力与一个量的关系，需要控制另一个量不变．