Question

如圖所示是小明“探究影響滑動摩擦力大小的因素”的實驗．銅塊和木塊的大小和形狀完全相同．在實驗前，小明提出了以下幾種猜想：
猜想一：滑動摩擦力的大小與壓力的大小有關
猜想二：滑動摩擦力的大小與物體間接觸面的粗糙程度有關
猜想三：滑動摩擦力的大小與物體間的接觸面積大小有關
（1）實驗時彈簧測力計拉著物體沿水平方向做

勻速直線

運動，此時彈簧測力計的示數即為物體所受滑動摩擦力的大小，這樣做的依據是：

二力平衡

．

（2）比較甲、乙兩圖，可得到的結論是

接觸面粗糙程度一定，壓力越大，滑動摩擦力越大

．
（3）圖乙、丙中銅塊和木塊疊在一起的目的是使

壓力

相同，比較乙、丙兩圖可得出滑動摩擦力的大小與

接觸面粗糙程度

有關．
（4）要“探究滑動摩擦力大小與接觸面積大小是否有關”，小明將木塊和銅塊做為一個整體豎著放置在長木板上，如丁圖，測出滑動摩擦力的大小并與乙比較．你認為他的探究方案中存在的主要缺陷是：

沒有控制接觸面的粗糙程度相同

．
（5）在全班交流環節中，小明為探究猜想二，又設計了如下方案：
①用彈簧測力計測出銅塊和木塊的重力大小分別為G₁和G₂；
②如圖A和B所示，將銅塊和木塊都平放在長木板上測出滑動摩擦力大小分別為f₁和f₂；

③比較

f1

G1

和

f2

G2

的大小關系，獲得結論．（提示：此時物塊對木板的壓力大小即為重力大小．）
老師肯定了小明的方案，因為：
（Ⅰ）路程與時間的比值即單位時間內物體通過的路程，反映了物體運動的快慢；同樣道理，滑動摩擦力與壓力的比值即

單位壓力

下的滑動摩擦力，反映了

接觸面的粗糙程度

．
（Ⅱ）我們學過的利用比值法定義的物理量還有

密度（壓強）

．
（6）在全班交流環節中，同班的小華在實驗中還發現：在物體還沒有被拉動的情況下，彈簧測力計仍然有示數，且示數逐漸增大，直到拉動物體為止．就小華觀察到的現象，請你提出一個有價值且可探究的問題

靜摩擦力的大小是否與拉力的大小有關

．
（7）課后，班級創新小組的同學們設計出如圖所示的裝置測滑動摩擦力，桌面上的滑塊A通過輕繩繞過滑輪，繩的另一端懸掛一只一次性塑料杯子．測量時，向塑料杯中加適量水（當需加少量水時可改用膠頭滴管），使滑塊A做勻速直線運動．將一次性杯中的水全部倒入量杯中，讀出量杯中水的體積250ml，則滑塊A受到的摩擦力f=

2.5

N；實驗中選擇一次性塑料杯子的原因是：

質量小

；與課本中的裝置比較后，請具體指出利用該裝置的優點是

易于較準確地控制物體做勻速直線運動或用量杯替代運動中的彈簧測力計方便讀數

．

Answer 1

分析：（1）從二力平衡的角度來分析回答；
（2）根據控制變量法，明確變量和不變量，再進一步依據變化關系得出結論；
（3）兩物塊交換位置疊放的目的是為了控制壓力相同，接觸面的粗糙程度不同，據此來進行分析；
（4）若要探究摩擦力大小與接觸面積的關系，應控制壓力和接觸面的粗糙程度均相同；
（5）通過對比值定義法的理解，分析實驗中所設計環節的意義；
（6）在物體有了相對運動的趨勢，但卻并沒有運動時所產生的摩擦為靜摩擦，據此可提出有價值的問題；
（7）圖中杯和水的重力就等于對物體A的拉力，據此可進行計算．同時，此實驗中借助滑輪較易控制物體做勻速直線運動，水的重力也可通過量杯等間接測量．

解答：解：（1）只有當二力平衡時拉力與摩擦力才相等，所以要求此時要做勻速直線運動；
（2）根據控制變量法，甲乙兩圖中接觸面的粗糙程度相同，壓力不同，摩擦力不同，因此可得出結論：接觸面粗糙程度一定，壓力越大，滑動摩擦力越大；
（3）兩物塊交換位置疊放的目的是為了控制壓力相同，比較乙、丙兩圖可得出滑動摩擦力的大小與接觸面的粗糙程度有關；
（4）丁圖中，將物塊側放，雖然壓力相同，但沒有控制接觸面的粗糙程度相同，所以結論沒有說服力；
（5）分析小明所設計的方案可知，這是一種通過比值法來進行的比較，因此，由題意知：滑動摩擦力與壓力的比值即單位壓力下的滑動摩擦力，反映了接觸面的粗糙程度．類似利用比值法來定義的物理量還有密度、壓強、功率等；
（6）在物體有了相對運動的趨勢時所產生的摩擦力稱為靜摩擦力，我們可以研究靜摩擦力的大小與拉力大小的關系；
（7）圖中杯和水的重力就等于對物體A的拉力，就等于物體與桌面的摩擦力，在不計杯重時，f=F=G=mg=ρVg=1.0×10³kg/m³×250×10^-6m³×10N/kg=2.5N．
實驗中紙杯的質量小，可忽略不計，計算拉力時更方便；
同時，利用滑輪可較好地控制物體做勻速直線運動，也可以省去使用彈簧測力計，克服測量不準的缺點．
故答案為：
（1）勻速直線運動；  二力平衡；
（2）接觸面粗糙程度一定，壓力越大，滑動摩擦力越大；
（3）壓力；  接觸面的粗糙程度有關；
（4）沒有控制接觸面的粗糙程度相同；
（5）單位壓力；  接觸面的粗糙程度；  密度；
（6）靜摩擦力的大小是否與拉力的大小有關；
（7）2.5；  質量小（或密度小或重力可忽略不計等表述都可以）；  易于較準確地控制物體做勻速直線運動或用量杯替代運動中的彈簧測力計方便讀數．

點評：此題從一個實驗入手，考查了多個知識點，包括控制變量法的運用、二力平衡的運用、比值定義法的理解、實驗的改進與設計等，其中最后幾個問題有一定的難度，綜合性較強．