Question

在研究摩擦力的大小與什么因素有關(guān)的實驗中，選用的器材有：長方體木塊、讀數(shù)準(zhǔn)確的彈簧測力計，一面較光滑一面較粗糙的長木板、鉤碼若干．同學(xué)們提出了以下幾種猜測想：

A：摩擦力的大小與物體運動的速度有關(guān)；
B：摩擦力的大小與物體間的接觸面積大小有關(guān)；
C：摩擦力的大小與物體間的接觸面的粗糙程度有關(guān)；
D：摩擦力的大小與壓力大小有關(guān)．
（1）實驗裝置的組裝如圖甲所示，實驗中要用彈簧測力計水平勻速拉動木塊，根據(jù)

 

可知，此時木塊所受的滑動摩擦力大小等于彈簧測力計的示數(shù)．
（2）下表是小明同學(xué)設(shè)計并記錄的實驗數(shù)據(jù)表格：

實驗次數(shù)	壓力	長木板表面	木塊放置	木塊運動快慢	彈簧測力計的示數(shù)/N
1	一個木塊	較光滑	平放	很慢	2.2
2	一個木塊	較光滑	平放	慢	2.2
3	一個木塊	較光滑	平放	較快	2.2

小明同學(xué)的實驗可以驗證猜想

 

（選填猜想序號）是

 

（選填“正確”或“錯誤”）的．
（3）如果他要驗證猜想C，他的操作步驟應(yīng)是：
a、

 

；
b、

 

．
（4）采用如圖甲所示的實驗裝置測量木塊與長木塊之間的摩擦力時，發(fā)現(xiàn)讀數(shù)，其原因是

 

．為了解決上述問題，小娟對實驗裝置進(jìn)行了改進(jìn)，用圖乙所示的裝置進(jìn)行實驗，解決了上述問題，這是因為

 

．

Answer 1

分析：（1）實驗中研究的是木塊受到的滑動摩擦力的大小，彈簧測力計測量的是木塊受到的拉力，只有木塊做勻速直線運動時拉力的大小才等于摩擦力；
（2）要探究摩擦力的大小與多個因素的關(guān)系，就要用到控制變量法，利用實驗中操作過程和數(shù)據(jù)反映出來的相同點和不同點結(jié)合控制變量法的思想從而可以確定實驗的探究目的；
（3）要驗證猜想B，應(yīng)該控制壓力大小、接觸面的粗糙程度都不會發(fā)生變化，速度這個因素已經(jīng)探究，只能考慮接觸面的大小這個因素．
（4）此實驗的思路是利用二力平衡的條件，通過彈簧測力計的示數(shù)來得到摩擦力的大小，因此是否能保持正方體木塊勻速直線運動或靜止?fàn)顟B(tài)是實驗是否合理的關(guān)鍵．

解答：解：（1）用彈簧測力計勻速拉動木塊時，木塊做勻速直線運動受到的力是平衡力，根據(jù)二力平衡的知識，此時摩擦力的大小等于彈簧測力計對木塊拉力的大��；
（2）三次實驗，使用的是同一木塊，木塊的壓力不變；在同一接觸面上，接觸面的粗糙程度不變；根據(jù)表中的數(shù)據(jù)可知，拉動的速度不同，利用控制變量法的思想可知，探究的是摩擦力與物體運動速度的關(guān)系，故選A．彈簧測力計的示數(shù)不變，說明摩擦力大小和運動速度大小無關(guān)．
（3）根據(jù)控制變量法的思想，要探究與哪個因素有關(guān)，就要改變哪個因素，要驗證猜想B，必須控制接觸面大小不同，其余因素壓力、接觸面的粗糙程度不變，由于是個長方體木塊，接觸面的大小可以改變，所以分別將木塊平放和側(cè)放，然后用彈簧測力計勻速拉動，讀出彈簧測力計的示數(shù)，觀察摩擦力的大小是否與物體之間的接觸面的大小有關(guān)．
（4）由于在拖動正方體木塊時，很難讓木塊保持勻速直線運動狀態(tài)，才導(dǎo)致了彈簧測力計的示數(shù)不穩(wěn)定；當(dāng)拉動長木板運動的過程中，正方體木塊保持靜止?fàn)顟B(tài)，根據(jù)二力平衡的條件知：此時彈簧測力計的示數(shù)等于摩擦力的大小．無論長木板是否做勻速直線運動，正方體木塊都處于靜止?fàn)顟B(tài)（即平衡狀態(tài)），這樣拉力等于摩擦力，而且無論拉木板速度多少，摩擦力都一樣，不改變摩擦力大�。�所以容易讀數(shù)．
故答案為：（1）二力平衡；（2）A；錯誤；（3）a、把木塊平放在長木板上用彈簧測力計水平勻速拉動，讀出彈簧測力計的示數(shù)F₁；b、把木塊側(cè)放在長木板同一面上用彈簧測力計水平勻速拉動，讀出彈簧測力計的示數(shù)F₂；（4）很難保持木塊做勻速直線運動；無論長木板怎樣運動，木塊都處于靜止?fàn)顟B(tài)，便于讀數(shù)．

點評：（1）這個實驗來源于課本上探究摩擦力大小與哪個因素有關(guān)的演示實驗，在原實驗的基礎(chǔ)上進(jìn)行了延伸拓展，又增加了幾個因素；
（2）本題也是控制變量法思想的應(yīng)用，明確變量和不變量是解題的關(guān)鍵．
（3）把握住是否能保持正方體木塊勻速直線運動或靜止?fàn)顟B(tài)，是解答此題的關(guān)鍵所在．