Question

13．为了探究滑动摩擦力的大小跟哪些因素有关，小明选用以下能满足实验要求的器材做了一系列的实验：形状相同的木块和铁块、表面平整的长木板、弹簧测力计等．小明做的部分实验如下（实验时，长木板固定在水平桌面上）：
1、把木块平放在长木板上，用弹簧测力计水平拉动木块（图甲），使木块做匀速直线运动，记下弹簧测力计的示数F₁；
2、把铁块侧放在长木板上，用弹簧测力计水平拉动铁块（图乙），使铁块做匀速直线运动，记下弹簧测力计的示数F₂；
3、木块在下，铁块在上叠放在一起后放到长木板上，用弹簧测力计水平拉动木块（图丙），使它们做匀速直线运动，记下弹簧测力计的示数F₃．
小明发现，三次实验中弹簧测力计的示数均不相同，即F₁≠F₂≠F₃，且F₁＜F₃．
（1）比较1、3两次实验，由F₁＜F₃得出的结论是接触面粗糙程度相同时，压力越大，滑动摩擦力越大；；
（2）比较1、2两次实验，根据F₁≠F₂，小明认为：滑动摩擦力的大小与接触面积有关．小明得出这个错误结论的原因是没有控制压力大小、接触面粗糙程度相同；．
（3）实验中运用了转换法，把摩擦力的大小转换为拉力大小．为了保证转换的正确性，实验中采取的措施是拉动木块做匀速直线运动；．
（4）小明想：木块表面粗糙还是铁块表面粗糙？请你利用现有器材增加一次实验，解决小明的问题．写出实验方法和结论：
方法：将木块叠放在铁块之上，重复步骤3的实验，记下弹簧测力计的示数F₄，比较F₃和F₄的大小．；
结论：若F₃＞F₄，则说明木块的表面粗糙，若F₃＜F₄，则说明铁块的表面粗糙．

Answer 1

分析 本实验中，用弹簧测力计拉动木块在水平面上进行匀速直线运动，拉力和滑动摩擦力是一对平衡力，大小相等，间接测量滑动摩擦力大小．
滑动摩擦力大小跟压力大小和接触面粗糙程度有关．探究滑动摩擦力大小跟压力大小关系时，控制接触面粗糙程度不变，改变压力大小，观察滑动摩擦力大小的变化；探究滑动摩擦力大小跟接触面粗糙程度关系，控制压力大小不变，改变接触面粗糙程度，观察滑动摩擦力大小的变化．据此结合实验过程做出解答．

解答 解：（1）比较1、3两次实验可以看出，接触面相同，压力不同，最终拉力F₁＜F₃，可得出的结论是：接触面粗糙程度相同时，压力越大，滑动摩擦力越大；
（2）比较1、2两次实验可以看出，两次的压力不同，接触面也不同，因此根据F₁≠F₂，得出：滑动摩擦力的大小与接触面积有关，这一结论是不可靠的．原因是他没有控制压力大小、接触面粗糙程度相同．
（3）实验中运用了转换法，把摩擦力的大小转换为拉力大小．为了保证转换的正确性，实验中应拉动木块做匀速直线运动，使摩擦力与拉力是一对平衡力．
（4）在步骤3的基础上，可将铁块叠放在木块之下，重复步骤3的实验，记下弹簧测力计的示数F₄，比较F₃和F₄的大小；
若F₃＞F₄，则说明木块的表面粗糙，若F₃＜F₄，则说明铁块的表面粗糙．
故答案为：（1）接触面粗糙程度相同时，压力越大，滑动摩擦力越大；
（2）没有控制压力大小、接触面粗糙程度相同；
（3）拉力大小；拉动木块做匀速直线运动；
（4）将铁块叠放在木块之下，重复步骤3的实验，记下弹簧测力计的示数F₄，比较F₃和F₄的大小．
若F₃＞F₄，则说明木块的表面粗糙，若F₃＜F₄，则说明铁块的表面粗糙．

点评 本实验中，要熟知影响滑动摩擦力大小的因素，能运用控制变量法和转换法对实验的过程进行分析，并得出结论，是正确解答的关键．