Question

20．如图1是小宇“探究摩擦力大小与什么因素有关”的实验操作过程，铁块和木块的大小、形状完全相同，木块表面比铁块表面粗糙．实验时，小宇用弹簧测力计拉动物体在水平放置的长木板上做匀速直线运动．
（1）将铁块置于水平木板上，用弹簧测力计沿水平方向拉动，使其做匀速直线运动，这时滑动摩擦力的大小等于弹簧测力计拉力的大小．比较甲、乙两图，可得到的结论是接触面粗糙程度一定，压力越大，滑动摩擦力越大．
（2）实验中，小宇将乙、丙两图中铁块和木块叠放在一起的目的是使保证压力大小相同，比较乙、丙两图可得出摩擦力的大小与接触面粗糙程度有关．
（3）实验时，小宇先在竖直方向上对弹簧测力计调零，然后用弹簧测力计拉动物体在水平放置的长木板上做匀速直线运动，则测出的摩擦力小于 （填“大于”、“等于”或“小于”）实际摩擦力．
（4）甲图中物体运动的速度大小为v₁，乙图中物体运动的速度大小为v₂，实验过程中，关于v₁和v₂的大小，下列说法正确的是D．（选填字母）
A、v₁一定大于v₂     B、v₁一定小于v₂
C、v₁一定等于v₂     D、v₁可以大于、等于或小于v₂．
（5）实验中，小宇发现实验很难控制匀速直线运动，又改进如图2所示的实验装置．小桶内装入适量的沙子，滑块恰好做匀速直线运动．（轻绳与滑轮的摩擦不计）
A．滑块的质量m₁    B．小桶和沙子的总质量m₂
滑块受到的滑动摩擦力f₁=m₂g．（用物理量符号表示）
（6）小桶落地后，滑块继续向前运动，受到的滑动摩擦力F₂=f₁．（选填：“＜”、“=”或“＞”）

Answer 1

分析 （1）弹簧测力计拉动物体在水平放置的长木板上做匀速直线运动，根据二力平衡的知识可知，铁块受到的拉力和摩擦力大小相等；
分析甲、乙改变的量和控制的量，得出摩擦力大小与压力大小的关系；
（2）乙、丙两图中铁块和木块叠放在一起，控制了压力相同，通过比较弹簧测力计的示数得出结论；
（3）弹簧测力计在竖直方向上调零时，弹簧由于自身的重力作用，要比水平使用时弹簧的长度大，导致调零指针不指在零刻度；
（4）滑动摩擦力大小与物体运动速度无关，据此进行分析；
（5）根据二力平衡条件进行分析，摩擦力等于物体的重力，根据公式G=mg得出表达式；
（6）影响滑动摩擦力的因素是压力大小和接触面的粗糙程度，据此分析解答．

解答 解：
（1）实验中，需用测力计沿水平方向拉动木块做匀速直线运动，这时滑动摩擦力的大小等于弹簧测力计拉力的大小；
甲、乙两图，接触面的粗糙程度相同，压力大小不同，弹簧测力计的示数也不同，可得到的结论是：接触面粗糙程度相同时，压力越大，滑动摩擦力越大；
（2）乙、丙两图中铁块和木块叠放在一起，控制了压力大小相同，与长木板的接触面不同，粗糙程度不同，摩擦力大小不同，因此探究的是摩擦力大小与接触面粗糙程度的关系；
（3）实验时，小明先在竖直方向上对弹簧测力计调零，然后弹簧测力计要在水平方向上使用就要调零，因为在竖直方向上由于弹簧自身的重力弹簧比在水平方向上要伸长，也就是调零后的零刻度线在真实零刻度线的下方．弹簧测力计拉动物体在水平放置的长木板上做匀速直线运动时，读取弹簧测力计的示数时，结果小于真实的摩擦力；
（4）滑动摩擦力大小与物体运动速度无关，所以甲、乙两图中的速度之间的关系是：v₁可以大于、等于或小于v₂，故选D；
（5）根据二力平衡可知，滑块受到的滑动摩擦力等于小桶和沙子的总重力，则f₁=G₂=m₂g；
（6）小桶落地后，滑块继续向前运动，由于压力不变、接触面的粗糙程度不变，则滑块所受滑动摩擦力不变，故f₁=f₂．
故答案为：（1）匀速直线；接触面粗糙程度一定，压力越大，滑动摩擦力越大；（2）保证压力大小相同；接触面粗糙程度；（3）小于；（4）D；（5）m₂g；（6）=．

点评 本题考查了“探究影响滑动摩擦力大小”实验的实验操作、实验现象分析等，实验中应用了控制变量法，正确理解并熟练应用控制变量法是正确解题的关键．