Question

15．如圖1所示是小明“探究影響滑動(dòng)摩擦力大小的因素”的實(shí)驗(yàn)．銅塊和木塊的大小和形狀完全相同．在實(shí)驗(yàn)前，小明提出了以下幾種猜想：
猜想一：滑動(dòng)摩擦力的大小與壓力的大小有關(guān)
猜想二：滑動(dòng)摩擦力的大小與物體間接觸面的粗糙程度有關(guān)
猜想三：滑動(dòng)摩擦力的大小與物體間的接觸面積大小有關(guān)

（1）實(shí)驗(yàn)時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)拉著物體沿水平方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)．
（2）比較甲、乙兩圖，可得到的結(jié)論是接觸面粗糙程度相同時(shí)，壓力越大，滑動(dòng)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大小相同，比較乙、丙兩圖可  得出滑動(dòng)摩擦力的大小與接觸面粗糙程度有關(guān)．
（4）要“探究滑動(dòng)摩擦力大小與接觸面積大小是否有關(guān)”，小明將木塊和銅塊做為一個(gè)整體豎著放置在長(zhǎng)木板上，如丁圖，測(cè)出滑動(dòng)摩擦力的大小并與乙比較．你認(rèn)為他的探究方案中存在的主要缺陷是：沒控制接觸面粗糙程度不變．
（5）在全班交流環(huán)節(jié)中，小明為探究猜想二，又設(shè)計(jì)了如下方案：

①用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)出銅塊和木塊的重力大小分別為G₁和G₂；
②如圖2A和B所示，將銅塊和木塊都平放在長(zhǎng)木板上測(cè)出滑動(dòng)摩擦力大小分別為f₁和f₂
③比較$\frac{{f}_{1}}{{G}_{1}}$和$\frac{{f}_{2}}{{G}_{2}}$的大小關(guān)系，獲得結(jié)論．（提示：此時(shí)物塊對(duì)木板的壓力大小即為重力大�。�）
老師肯定了小明的方案，因?yàn)椋?br />路程與時(shí)間的比值即單位時(shí)間內(nèi)物體通過的路程，反映了物體運(yùn)動(dòng)的快慢；同樣道理，滑動(dòng)摩擦力與壓力的比值即單位壓力下的滑動(dòng)摩擦力，反映了接觸面的粗糙程度．
（6）課后，班級(jí)創(chuàng)新小組的同學(xué)們?cè)O(shè)計(jì)出如圖所示C的裝置測(cè)滑動(dòng)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(cè)量時(shí)，向塑料杯中加適量水（當(dāng)需加少量水時(shí)可改用膠頭滴管），使滑塊A做勻速直線運(yùn)動(dòng)．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=2.5N；實(shí)驗(yàn)中選擇一次性塑料杯子的原因是：質(zhì)量�。ɑ蛑亓�可忽略不計(jì)）．

Answer 1

分析 （1）從二力平衡的角度來(lái)分析回答；
（2）根據(jù)控制變量法，明確變量和不變量，再進(jìn)一步依據(jù)變化關(guān)系得出結(jié)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(jù)此來(lái)進(jìn)行分析；
（4）若要探究摩擦力大小與接觸面積的關(guān)系，應(yīng)控制壓力和接觸面的粗糙程度均相同；
（5）通過對(duì)比值定義法的理解，分析實(shí)驗(yàn)中所設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的意義，并列舉利用此種方法的物理量；
（6）圖中杯和水的重力就等于對(duì)物體A的拉力，據(jù)此可進(jìn)行計(jì)算．

解答 解：
（1）只有當(dāng)二力平衡時(shí)拉力與摩擦力才相等，所以要求此時(shí)要做勻速直線運(yùn)動(dòng)；
（2）根據(jù)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(jié)論：接觸面粗糙程度一定，壓力越大，滑動(dòng)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(dòng)摩擦力的大小與接觸面的粗糙程度有關(guān)；
（4）丁圖中，將物塊側(cè)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(jié)論沒有說服力；
（5）分析小明所設(shè)計(jì)的方案可知，這是一種通過比值法來(lái)進(jìn)行的比較，因此，由題意知：滑動(dòng)摩擦力與壓力的比值即單位壓力下的滑動(dòng)摩擦力，反映了接觸面的粗糙程度；
（6）圖中杯和水的重力就等于對(duì)物體A的拉力，就等于物體與桌面的摩擦力，在不計(jì)杯重時(shí)，f=F=G=mg=ρVg=1.0×10³kg/m³×250×10^-6m³×10N/kg=2.5N．
實(shí)驗(yàn)中紙杯的質(zhì)量小，可忽略不計(jì)，計(jì)算拉力時(shí)更方便．
故答案為：（1）勻速直線；
（2）接觸面粗糙程度相同時(shí)，壓力越大，滑動(dòng)摩擦力越大；
（3）壓力大小；接觸面粗糙程度；
（4）接觸面粗糙程度；  
（5）單位壓力；接觸面的粗糙程度； 
（6）2.5；質(zhì)量�。ɑ蛑亓�可忽略不計(jì)）．

點(diǎn)評(píng) 此題從一個(gè)實(shí)驗(yàn)入手，考查了多個(gè)知識(shí)點(diǎn)，包括控制變量法的運(yùn)用、二力平衡的運(yùn)用、比值定義法的理解、實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與設(shè)計(jì)等，其中最后幾個(gè)問題有一定的難度，綜合性較強(qiáng)．