Question

12．小慧用如圖甲所示的裝置探究摩擦力的大小與哪些因素有關的實驗．

（1）實驗時，小慧將木塊放在水平長木板上，通過彈簧測力計沿水平方向拉動木塊作勻速直線運動．讓木塊作勻速直線運動的目的是：使拉力和摩擦力平衡．
實驗時，小慧記錄的部分數(shù)據(jù)如下表所示．

序號	木板表面情況	壓力/N	彈簧測力計示數(shù)/N
①	木板	6	1.2
②	木板	8	1.6
③	木板	10	2.0
④	木板上鋪棉布	6	1.8
⑤	木板上鋪毛巾	6	3.0

（2）分析序號為①②③的三組數(shù)據(jù)可知：滑動摩擦力的大小與接觸面所受的壓力有關．滑動摩擦力f的大小與接觸面所受壓力F大小的數(shù)量關系式是f=0.2F；如要探究滑動摩擦力與接觸面的粗糙程度的關系，應選序號為①④⑤的三組數(shù)據(jù)進行分析．
（3）小慧在實驗時還發(fā)現(xiàn)：在木塊沒有被拉動時，彈簧測力計也有示數(shù)，且示數(shù)會變化．他請教老師，知道可用F-t圖象表示拉力隨時間的變化情況．若某次實驗開始拉動木塊直到木塊勻速滑動的F-t圖象如圖乙所示，其中0～4s木塊處于靜止狀態(tài)，此后木塊開始滑動．分析圖象可知：在這個實驗中，要使木塊由靜止開始運動，至少要用2.3N的水平拉力拉木塊；在實驗過程中，如果木塊受到的拉力是2N，則下列對木塊所處狀態(tài)的判斷，正確的是C
A．靜止　　　　　　　　　B．勻速直線運動
C．靜止或勻速直線運動　　 D．條件不足，無法判斷．

Answer 1

分析 （1）二力平衡的條件是作用在同一物體上的兩個力，必須大小相等、方向相反，且在一條直線上，這兩個力才彼此平衡，這四個條件必須同時具備；
（2）滑動摩擦力的大小與壓力和接觸面的粗糙程度有關，研究滑動摩擦力的大小與壓力的關系，要讓接觸面的粗糙程度相同，而改變壓力；根據(jù)表中數(shù)據(jù)得出滑動摩擦力的大小與接觸面所受壓力F大小的關系式；
研究滑動摩擦力的大小與接觸面的粗糙程度的關系，要讓壓力相同，而改變接觸面的粗糙程度；
（3）由圖2可知要使木塊由靜止開始運動，至少要用多大的水平拉力拉木塊；如果實驗時木塊所受的拉力是2N，有兩種可能：①還沒拉動，②拉動后勻速運動．

解答 解：
（1）在實驗中彈簧測力計沿水平方向拉動木塊，并使木塊作勻速直線運動，根據(jù)二力平衡知識，此時拉力大小與摩擦力相等；這屬于物理學中研究問題的轉換法；
（2）①②③組實驗數(shù)據(jù)，接觸面的粗糙程度相同，壓力大小不同，可得滑動摩擦力大小與壓力大小有關；
由數(shù)據(jù)知，壓力增大幾倍，滑動摩擦力便增大為原來的幾倍，所以摩擦力與壓力成正比，
設f=kF，
當F=6N時，f=1.2N，代入數(shù)據(jù)得：
1.2N=k×6N，
解得：k=0.2，
所以關系式為：f=0.2F；
①④⑤三組實驗，壓力大小相同，接觸面的粗糙程度不同，可以探究滑動摩擦力與接觸面的粗糙程度的關系．
（3）由圖2可知，要使木塊由靜止開始運動，至少要2.3N的水平拉力；如果實驗時木塊所受的拉力是2N，可能靜止（還沒拉動）、可能勻速運動，故選C．
故答案為：（1）使拉力和摩擦力平衡；（2）①②③；f=0.2F；①④⑤；（3）2.3；C．

點評 此題是探究影響滑動摩擦力的因素，主要考查了對二力平衡條件的應用及控制變量法；在此實驗中要水平拉動木塊做勻速直線運動，要研究滑動摩擦力與一個量的關系，需要控制另一個量不變．