Question

2．小明用如图1所示的装置，探究摩擦力的大小与哪些因素有关．
（1）实验时，小明将木块放在水平木板上，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．这样做的目的是拉力与摩擦力平衡，则摩擦力与弹簧测力计的拉力大小相等．实验时，小明记录的部分数据如表所示．

序号	木块放置 情况	木板表面情况	压力/N	弹簧测力计 示数/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	木板上铺棉布	6	1.8
5	平放	木板上铺毛巾	6	3.0

（2）a．分析序号1、2、3三组数据可知：滑动摩擦力的大小与接触面所受的压力有关．滑动摩擦力f大小与接触面所受压力F大小的关系式是f=0.2F．
b．如要探究滑动摩擦力与接触面的粗糙程度的关系，应选序号为1、4、5三组数据进行分析．
（3）在表格对应的第3次实验时，当把拉力增大到3N时，木块和木板之间的摩擦力为2 N．
（4）小明在实验时还发现：在木块没有被拉动时，弹簧测力计也有示数，且示数会变化．他请教老师，知道可用F-t图象表示拉力随时间的变化情况．若某次实验开始拉动木块直到木块匀速滑动的F-t图象如图2所示，其中0～4s木块处于静止状态．分析图象可知：要使木块由静止开始运动，至少要用2.3N的水平拉力拉木块；如果实验时弹簧测力计的示数为2N，关于物体对应的运动状态的判断，正确的是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 （1）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，根据二力平衡的知识，拉力必须和滑动摩擦力成为一对平衡力；
（2）要探究滑动摩擦力与接触面所受的压力的关系，必须要控制其他变量相同，选择合适的实验，并根据实验现象总结实验结论；
根据实验数据，求解滑动摩擦力和压力的关系；
要探究滑动摩擦力与接触面的粗糙程度的关系，必须要控制其他变量相同，选择合适的实验，并根据实验现象总结实验结论；
（3）滑动摩擦力与压力和接触面的粗糙程度有关，与运动状态无关，据此判断第3次实验时的摩擦力；
（4）分析图象，结合二力平衡知识解析．

解答 解：（1）实验时，将木块放在水平木板上，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．这样做的目的是：拉力与摩擦力平衡，则摩擦力与弹簧测力计的拉力大小相等；
（2）a、要研究摩擦力大小与接触面所受的压力的关系，必须控制木块的放置情况相同、木板表面情况相同，压力不同，通过比较弹簧测力计示数大小关系得出实验结论，故应选择1、2、3；
比较三组数据可知：$\frac{f}{F}$=$\frac{1.2N}{6N}$=$\frac{1.6N}{8N}$=$\frac{2N}{10N}$=0.2，由此可以得出：f=0.2F；
b、要研究摩擦力大小与接触面粗糙程度的关系，必须控制木块的放置情况相同、压力相同，木板表面情况不同，通过比较弹簧测力计示数大小关系得出实验结论，故应选择1、4、5；通过实验数据可知：当压力和接触面积相同时，接触面粗糙程度越大，滑动摩擦力越大；
（3）在表格对应的第3次实验时，木块做匀速直线运动时，摩擦力为2N；当把拉力增大到3N时，木块和木板之间的压力不变，接触面的粗糙程度不变，所以摩擦力不变，仍为2N；
（4）根据题意和图2可知，0～4s木块处于静止状态，当拉力增大到2.3N时物体才被拉动；
根据图2可知，如果实验时木块所受的拉力是2N，则木块所处状态是静止或匀速直线运动，故C项正确．
故答案为：（1）水平；拉力与摩擦力平衡，则摩擦力与弹簧测力计的拉力大小相等；
（2）a．1、2、3；f=0.2F； b．1、4、5；
（3）2．  （4）2.3；C．

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．同时，还要学会读取F-t图象，会判断不同时间点时力的大小和运动状态的变化．