Question

18．小君同学学习了摩擦力知识后，回家利用运动鞋探究“滑动摩擦力大小的决定因素”．

（1）如图甲所示，他用弹簧测力计水平拉着运动鞋在水平桌面上做匀速直线运动，此时用到的原理是二力平衡条件．如果弹簧测力计是在竖直方向调零的，那么实验中测出的摩擦力比真实值偏小（选填“大”或“小”）．
（2）他在桌面上铺上毛巾，重复上述实验步骤进行多次实验，并记录实验数据，这是为了探究滑动摩擦力大小与接触面的粗糙程度的关系．
（3）本次实验中测量了多组数据，在许多实验中都需要进行多次测量，你认为下列实验中多次测量的目的与本实验相同的是②（填序号）．
①测量物体的长度    ②探究重力大小与质量的关系
（4）小君在实验时还发现，在运动鞋没有被拉动时，弹簧测力计也有示数，且示数会变化，他请教老师后，知道实验中存在最大静摩擦力．可用F-t图象如图乙所示，其中0～4s木块处于静止状态，在拉力F₁的作用下木块以2m/s的速度做匀速直线运动，在拉力F₂的作用下木块以5m/s的速度做匀速直线运动，那么F₁=F₂（选填“＞”、“＜”或“=”）；如果实验时木块所受的水平拉力是2.8N，则下列对木块所处状态的判断，正确的是D．
A．静止      B．匀速直线运动      C．静止或匀速直线运动      D．加速直线运动．

Answer 1

分析 （1）为了测得摩擦力的大小，采用了转换法，当物体做匀速直线运动时，受平衡力，弹簧测力计的拉力与摩擦力相等．
弹簧测力计在竖直方向调零时，在弹簧、挂钩的重力作用下，指针才落到零刻度线；当弹簧测力计在水平方向上使用时，弹簧、挂钩的重力对测量无影响，指针有一定程度的回缩，据此分析测量值与真实值的关系．
（2）他在桌面上铺上毛巾，改变了接触面的粗糙程度有关，故这是为了探究滑动摩擦力与接触面粗糙程度的关系．
（3）多次测量有两个目的：①减小实验误差；②得出普遍的规律；
（4）滑动摩擦力只与压力和接触面的粗糙程度有关，与物体运动的速度无关，根据二力平衡条件可判断拉力的大小关系；要判断物体做怎样的运动，需要比较拉力与最大静摩擦力、滑动摩擦力的大小关系，需要从乙图中获取相关信息．

解答 解：（1）为了测出摩擦力的大小，需要用弹簧测力计水平拉着运动鞋在水平桌面上做匀速直线运动，此时运动鞋受平衡力作用，所受滑动摩擦力等于弹簧测力计的拉力；此时用到的原理是二力平衡条件．
弹簧测力计是在竖直方向调零的，在弹簧、挂钩的重力作用下，指针才落到零刻度线；当弹簧测力计在水平方向上使用时，弹簧、挂钩的重力对测量无影响，指针有一定程度的回缩，所以用该测力计水平拉动运动鞋时，测出的摩擦力比真实值偏小．
（2）最初他是匀速拉动运动鞋在水平桌面上做实验的，在桌面上铺上毛巾后，改变了接触面的粗糙程度，而运动鞋对接触面的压力不变；故这是为了探究滑动摩擦力与接触面粗糙程度的关系．
（3）本实验多次测量的目的是为了得出影响滑动摩擦力大小的因素，是为了得出普遍规律；
①测量物体的长度，多次测量是为了减小实验的误差；
②探究重力大小与质量的关系，也是为了从不同情况中找到普遍规律．故选②；
（4）将木块分别以2m/s、5m/s的速度做匀速直线运动，木块对接触面的压力不变、接触面的粗糙程度不变，故滑动摩擦力的大小不变；由于木块始终做匀速直线运动，故拉力始终与滑动摩擦力平衡；
所以F₁=F₂=f．
根据乙图可知，该木块的最大静摩擦力为2.3N，木块所受的滑动摩擦力为2.0N；实验时木块所受的拉力是2.8N，由于拉力大于最大静摩擦力和滑动摩擦力，故木块将在水平面上做加速直线运动．
故答案为：（1）匀速直线，二力平衡条件，小；（2）接触面的粗糙程度；（3）②；（4）=；D．

点评 本题考查的是探究影响滑动摩擦力大小的实验，实验中采用的是控制变量法；需要注意的是，滑动摩擦力只与压力和接触面的粗糙程度有关，与物体运动的速度无关；该实验是中考常考的实验之一．