Question

16．小明用如图所示的装置，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．这里运用了二力平衡的原理；
（2）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

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）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图象如图所示，其中0～4s木块处于静止状态．分析图象可知：当用F=2.1牛的水平拉力拉静止的木块时，木块所受摩擦力大小为2.1牛；若用F=2.6牛的水平拉力拉木块，木块所受摩擦力大小为2牛．
（4）实验前，如果小明先竖直方向对弹簧测力计调零，然后再按上述操作要求在水平方向上匀速拉动木块，测得的滑动摩擦力将＜（选填“＞”、“＜”或“=”）实际的摩擦力．

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；
（2）a、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；
b、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；处于静止状态或匀速直线运动状态的物体，受到平衡力作用；
摩擦力与压力和接触面的粗糙程度有关，与物体所受拉力和运动情况等无关；
（4）在竖直方向上对弹簧测力计调零，因弹簧自身重力的作用，会使指针所指的初始位置偏下方，再水平使用时，指针回缩，则测出的力的示数会变小．

解答 解：
（1）木块在水平木板上运动，受到的摩擦力是水平方向的，为了使拉力和摩擦力成为一对平衡力，弹簧测力计必须沿水平方向拉动木块，并使木块作匀速直线运动；
（2）a、由序号为1、2、3三组数据可知，接触面的粗糙程度相同，压力不同，摩擦力不同，可见滑动摩擦力的大小与接触面所受的压力有关；
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；
b、要研究摩擦力大小与接触面粗糙程度的关系，必须控制压力大小相同，接触面粗糙程度不同，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；
（3）由图示图象可知，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，即拉动木块需要的最小拉力是2.3N，所以施加2.1N拉力时，物体会静止，水平方向受力平衡，所以摩擦力也是2.1N；
由图象可知，木块匀速直线运动时所受摩擦力为2N，由于滑动摩擦力与压力和接触面的粗糙程度有关，与物体所受拉力和运动情况等无关，所以当拉力为2.6N时，摩擦力仍为2N；
（4）因为弹簧自身重力的作用，所以当在竖直方向上对弹簧测力计调零后，再在水平方向上测拉力的大小，指针的位置会有一定的回缩，致使所测出的摩擦力小于实际摩擦力的大小．
故答案为：（1）匀速直线；二力平衡；
（2）a． 1、2、3；f=0.2F； b． 1、4、5；
（3）2.1；2；
（4）＜．

点评 本题为探究摩擦力的大小与哪些因素有关的实验题，考查了二力的平衡条件、控制变量法的使用、分析实验数据得出结论的能力，要求灵活运用所学知识分析回答．