Question

5．課外實(shí)踐活動(dòng)中小明用一塊已切成長方體的肥皂（如圖甲，前后面保留了凹下去的字）做了以下實(shí)驗(yàn)：

（1）測肥皂的密度
①小明需要的測量工具是天平、刻度尺．
②小明測出相關(guān)物理量，他計(jì)算密度的表達(dá)式應(yīng)為ρ=$\frac{m}{abc}$（用直接測量的物理量表達(dá)）．
③用上面方法測出的密度偏小（偏大/偏�。�．
（2）探究滑動(dòng)摩擦力的大小與接觸面積大小的關(guān)系小明提出了以下的設(shè)計(jì)方案：
①在肥皂的側(cè)面安裝一個(gè)拉鉤，如圖乙，將沒有字的一面放在水平桌面上，用彈簧測力計(jì)拉著它做勻速直線運(yùn)動(dòng)，讀出其讀數(shù)為F₁；
②用小刀將有字的部分削平后放在同一水平桌面上（接觸面的粗糙程度與①相同），如圖丙，用彈簧測力計(jì)拉著它做勻速直線運(yùn)動(dòng)，讀出其讀數(shù)為F₂；
③比較得出結(jié)論：若F₁和F₂不等，則說明滑動(dòng)摩擦力的大小與接觸面積大小有關(guān)；若F₁和F₂相等，則說明滑動(dòng)摩擦力的大小與接觸面積大小無關(guān)．
小紅認(rèn)為這個(gè)設(shè)計(jì)方案不妥，你能說出其原因嗎？沒有控制壓力相同．
提出你的改進(jìn)方法：肥皂的側(cè)面安裝一個(gè)拉鉤后，先做步驟②，再做步驟①．
小紅又用如圖丁所示的裝置，探究摩擦力的大小還與哪些因素有關(guān)．
（3）實(shí)驗(yàn)時(shí)，小紅記錄的部分?jǐn)?shù)據(jù)如上表所示．
a．分析序號(hào)1、2、3 三組數(shù)據(jù)可知：滑動(dòng)摩擦力的大小與接觸面所受的壓力有關(guān)，滑動(dòng)摩擦力的大小與接觸面所受壓力F大小的關(guān)系式是f=0.2F．
b．如要探究滑動(dòng)摩擦力與接觸面的粗糙程度的關(guān)系，應(yīng)選序號(hào)為1、4、5 三組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析．

序號(hào)	木塊放置情況	木板表面情況	壓力/N	彈簧測力計(jì)示數(shù)/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	木板上鋪棉布	6	1.8
5	平放	木板上鋪毛巾	6	3.0

（4）小紅在實(shí)驗(yàn)時(shí)還發(fā)現(xiàn)：在木塊沒有被拉動(dòng)時(shí)，彈簧測力計(jì)也有示數(shù)，且示數(shù)會(huì)變化．他請(qǐng)教老師，知道可用F-t圖象表示拉力隨時(shí)間的變化情況．若某次實(shí)驗(yàn)開始拉動(dòng)木塊直到木塊勻速滑動(dòng)的F-t圖象如圖戊所示，其中0～4s木塊處于靜止?fàn)顟B(tài)，分析圖象可知：要使木塊由靜止開始運(yùn)動(dòng)，至少要用2.3N的水平拉力拉木塊；如果實(shí)驗(yàn)時(shí)木塊所受的拉力是2N，則下列對(duì)木塊所處狀態(tài)的判斷，正確的是C．
A．靜止                        B．勻速直線運(yùn)動(dòng)
C．靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)          D．條件不足，無法判斷．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)密度公式ρ=$\frac{m}{V}$，要測量物體的體積，需要測量它的質(zhì)量和體積．測量物體的質(zhì)量要用天平，長方體肥皂的體積的測量需要用刻度尺測量它的長、寬、高．
（2）因?yàn)殚L方體的肥皂（如圖甲），前后面保留了凹下去的字，所以計(jì)算出的體積比肥皂的真實(shí)體積大，計(jì)算出的密度偏小．
（3）a、要探究滑動(dòng)摩擦力大小與壓力的關(guān)系，需保持接觸面的粗糙程度相同，結(jié)合表格中數(shù)據(jù)進(jìn)行分析即可；
b、要探究滑動(dòng)摩擦力與接觸面的粗糙程度的關(guān)系，需保持壓力大小相同，接觸面的粗糙程度不同．
（4）分析圖示圖示，根據(jù)圖示圖象求摩擦力、判斷運(yùn)動(dòng)狀態(tài)．

解答 解：（1）①用天平測量長方體肥皂的質(zhì)量m；用刻度尺測量長方體肥皂的長a、寬b、高c．得到它的體積為：a•b•c．
根據(jù)密度公式ρ=$\frac{m}{V}$，可得，肥皂的密度ρ=$\frac{m}{abc}$．
②因?yàn)殚L方體的肥皂（如圖甲），前后面保留了凹下去的字，所以計(jì)算出的體積比肥皂的真實(shí)體積大，由密度公式ρ=$\frac{m}{V}$，可知計(jì)算出的密度偏小．
（2）③小明第一次用彈簧測力計(jì)拉著肥皂做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，肥皂保持著原來的樣子．用小刀將有字的部分削平后放在同一水平桌面上第二次用彈簧測力計(jì)拉著肥皂做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，肥皂的質(zhì)量變小，對(duì)桌面的壓力減小，所以兩實(shí)驗(yàn)步驟中彈簧測力計(jì)的讀數(shù)大小不能說明滑動(dòng)摩擦力的大小與接觸面積大小關(guān)系．
小明應(yīng)該肥皂的側(cè)面安裝一個(gè)拉鉤后，再用小刀將有字的部分削平后放在同一水平桌面上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．
（3）a、1、2、3組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，接觸面的粗糙程度相同，壓力大小不同，可得滑動(dòng)摩擦力大小與壓力大小有關(guān)；
由數(shù)據(jù)知，壓力增大幾倍，滑動(dòng)摩擦力便增大為原來的幾倍，所以摩擦力與壓力成正比，
設(shè)f=kF
當(dāng)F=6N時(shí)，f=1.2N，代入數(shù)據(jù)得：
1.2N=k×6N
解得：k=0.2
所以關(guān)系式為：f=0.2F；
b、1、4、5三組實(shí)驗(yàn)，壓力大小相同，接觸面的粗糙程度不同，可以探究滑動(dòng)摩擦力與接觸面的粗糙程度的關(guān)系．
（4）由圖示圖象可知，要使木塊由靜止開始運(yùn)動(dòng)，至少要用2.3N的水平拉力拉木塊．如果實(shí)驗(yàn)過程中木塊所受的拉力恰好是2N，木塊所處的狀態(tài)可能是靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)．
故選C．
故答案為（1）①天平、刻度尺；②ρ=$\frac{m}{abc}$；③偏��；
（2）沒有控制壓力相同；肥皂的側(cè)面安裝一個(gè)拉鉤后，先做步驟②，再做步驟①．     
（3）1、2、3；f=0.2F；1、4、5；
（4）2.3；C．

點(diǎn)評(píng) （1）此題綜合了質(zhì)量、體積的測量、計(jì)算、密度公式的應(yīng)用、探究滑動(dòng)摩擦力的大小與接觸面積大小的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)方案以及肥皂泡在空中的上升、下降和它所受浮力大小的關(guān)系．是一道綜合性較強(qiáng)的題目．
（2）此題是探究摩擦力的大小與哪些因素有關(guān)的實(shí)驗(yàn)，考查了根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出結(jié)論的能力，特別注意控制變量法的應(yīng)用．