Question

8．小明用如图甲所示的装置．探究摩擦力的大小与哪些因素有关．

序号	木块放置情况	木板表面情况	压力大小/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

（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，并使木块做匀速直线运动，此时弹簧测力计的示数即为滑动摩擦力的大小，此处应用的原理是二力平衡．
（2）实验时，小明记录的部分数据如表所示．
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，滑动摩擦力的大小与接触面所受压力F大小的关系式是f=0.2F_N．
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）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；如果实验时木块所受的拉力是2N，则下列对木块所处状态的判断，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的大小，要使滑动摩擦力等于拉力，根据二力平衡知识可知，应使木块在水平方向上做匀速直线运动；
（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）分析图象，结合二力平衡知识解答；

解答 解：（1）本实验用弹簧测力计水平拉动木块，使其做匀速直线运动，此时木块处于平衡状态，在水平方向上受到拉力和滑动摩擦力的作用，根据二力平衡知识可知，此时拉力大小等于滑动摩擦力大小，我们可以通过读出弹簧测力计示数，得出滑动摩擦力的大小．
（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、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，因此应选择1、2、3；通过实验数据可知：当接触面的粗糙程度和接触面积相同时，压力越大，滑动摩擦力越大；
比较三组数据可知，滑动摩擦力与压力成正比，即$\frac{f}{{F}_{N}}$=$\frac{1.2N}{6N}$=$\frac{1.6N}{8N}$=$\frac{2N}{10N}$=0.2；
由此可以得出：f=0.2F_N；
b、要研究摩擦力大小与接触面的粗糙程度的关系，必须控制木块的放置情况、压力大小相同，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，因此应选择1、4、5；通过实验数据可知：当压力大小和接触面积相同时，接触面的粗糙程度越大，滑动摩擦力越大；
（3）由图乙可知，0～4s木块处于静止状态，4s以后木块被拉动可做匀速直线运动；结合图象可知，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；
如果实验时木块所受的拉力是2N，木块可能静止（还没拉动）、也可能做匀速直线运动，故选C．
故答案为：（1）水平； 匀速直线运动； 二力平衡；
（2）a．1、2、3； f=0.2F_N； b．1、4、5；
（3）2.3； C．

点评 本题是探究摩擦力的大小与哪些因素有关，主要考查了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．