Question

12．小慧用如图甲所示的装置探究摩擦力的大小与哪些因素有关的实验．

（1）实验时，小慧将木块放在水平长木板上，通过弹簧测力计沿水平方向拉动木块作匀速直线运动．让木块作匀速直线运动的目的是：使拉力和摩擦力平衡．
实验时，小慧记录的部分数据如下表所示．

序号	木板表面情况	压力/N	弹簧测力计示数/N
①	木板	6	1.2
②	木板	8	1.6
③	木板	10	2.0
④	木板上铺棉布	6	1.8
⑤	木板上铺毛巾	6	3.0

（2）分析序号为①②③的三组数据可知：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的大小与接触面所受压力F大小的数量关系式是f=0.2F；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①④⑤的三组数据进行分析．
（3）小慧在实验时还发现：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图象如图乙所示，其中0～4s木块处于静止状态，此后木块开始滑动．分析图象可知：在这个实验中，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；在实验过程中，如果木块受到的拉力是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）二力平衡的条件是作用在同一物体上的两个力，必须大小相等、方向相反，且在一条直线上，这两个力才彼此平衡，这四个条件必须同时具备；
（2）滑动摩擦力的大小与压力和接触面的粗糙程度有关，研究滑动摩擦力的大小与压力的关系，要让接触面的粗糙程度相同，而改变压力；根据表中数据得出滑动摩擦力的大小与接触面所受压力F大小的关系式；
研究滑动摩擦力的大小与接触面的粗糙程度的关系，要让压力相同，而改变接触面的粗糙程度；
（3）由图2可知要使木块由静止开始运动，至少要用多大的水平拉力拉木块；如果实验时木块所受的拉力是2N，有两种可能：①还没拉动，②拉动后匀速运动．

解答 解：
（1）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；这属于物理学中研究问题的转换法；
（2）①②③组实验数据，接触面的粗糙程度相同，压力大小不同，可得滑动摩擦力大小与压力大小有关；
由数据知，压力增大几倍，滑动摩擦力便增大为原来的几倍，所以摩擦力与压力成正比，
设f=kF，
当F=6N时，f=1.2N，代入数据得：
1.2N=k×6N，
解得：k=0.2，
所以关系式为：f=0.2F；
①④⑤三组实验，压力大小相同，接触面的粗糙程度不同，可以探究滑动摩擦力与接触面的粗糙程度的关系．
（3）由图2可知，要使木块由静止开始运动，至少要2.3N的水平拉力；如果实验时木块所受的拉力是2N，可能静止（还没拉动）、可能匀速运动，故选C．
故答案为：（1）使拉力和摩擦力平衡；（2）①②③；f=0.2F；①④⑤；（3）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．