【正文】 三 研究影響滑動(dòng)摩擦力大小的因素 【 實(shí)驗(yàn)原理 】 利用 _________條件 ,用彈簧測(cè)力計(jì)拉著木塊做 _______ ___運(yùn)動(dòng) ,彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù) _____滑動(dòng)摩擦力大小。 二力平衡 勻速直 線 等于 【 實(shí)驗(yàn)裝置 】 【 實(shí)驗(yàn)方法 】 轉(zhuǎn)換法、 _________法。 控制變量 【 實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵 】 (1)探究滑動(dòng)摩擦力與壓力的關(guān)系。 思路 :控制 _______________不變 ,只改變 _____,如圖 a、 b。 (2)探究滑動(dòng)摩擦力與接觸面粗糙程度的關(guān)系。 思路 :控制 _____不變 ,只改變 _______________,比較彈 簧測(cè)力計(jì)的示數(shù) ,如圖 b、 c。 接觸面粗糙程度 壓力 壓力 接觸面粗糙程度 【 要點(diǎn)探究 】 (1)實(shí)驗(yàn)中為什么要使木塊在水平面上勻速滑動(dòng) ? 提示 :水平面上木塊受到拉力和摩擦力的作用 ,根據(jù)二力平衡的條件 ,只有勻速滑動(dòng)時(shí) ,彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)才等于滑動(dòng)摩擦力的大小。 (2)在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)中 ,欲使物體做勻速直線運(yùn)動(dòng)很難 ,應(yīng)如何改進(jìn) ? 提示 :將彈簧測(cè)力計(jì)一端固定 ,另一端鉤住木塊 ,木塊下面是一長(zhǎng)木板 ,實(shí)驗(yàn)時(shí)拉著長(zhǎng)木板沿水平面運(yùn)動(dòng)。如圖所示 : 滑動(dòng)摩擦力的大小與接觸面積大小、物體速度有關(guān)系嗎 ?如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來探究 ? 提示 :① 探究與接觸面積的 關(guān)系 思路 :保證壓力、接觸面粗糙程度和物體運(yùn)動(dòng)速度不變 ,只改變接觸面積的大小。 操作 :用同一個(gè)長(zhǎng)方體木塊 ,先平放在水平面上 ,使其在水平面上做勻速直線運(yùn)動(dòng) ,然后將同一個(gè)長(zhǎng)方體木塊豎放在同一個(gè)水平面上 ,以相同的速度做勻速直線運(yùn)動(dòng) ,比較彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)。 ② 探究與運(yùn)動(dòng)速度的關(guān)系 思路 :保證壓力、接觸面粗糙程度和接觸面積不變 ,只改變物體運(yùn)動(dòng)速度。 操作 :用同一個(gè)長(zhǎng)方體木塊 ,先平放在水平面上 ,以一定的速度使其在水平面上做勻速直線運(yùn)動(dòng) ,然后增大速度 ,仍然使其做勻速直線運(yùn)動(dòng) ,比較前后兩次彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)。 【 示范案例 】 (2022 自貢中考 )在探究“影響滑動(dòng)摩擦力大小因素”的實(shí)驗(yàn)中 ,實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示 ,選取三個(gè)相同的木塊分別放在不同的接觸面上 ,其中甲、乙兩圖的接觸面是相同的木板 ,丙圖的接觸面是棉布。 世紀(jì)金榜導(dǎo)學(xué)號(hào) 59944094 (1)實(shí)驗(yàn)中用彈簧測(cè)力計(jì)拉著木塊在水平木板上做____________運(yùn)動(dòng)。根據(jù) ____________條件可知 ,木塊所受摩擦力的大小等于彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)。 (2)由 ____________圖可以探究滑動(dòng)摩擦力大小與接觸面的粗糙程度的關(guān)系。 (3)若乙裝置中 ,木塊在運(yùn)動(dòng)過程中拉力突然變大 ,滑動(dòng)摩擦力將 ________(選填“不變”“變大”或“變小” )。 (4)評(píng)估此實(shí)驗(yàn)方案的不足之處是 ______________。(答出一條即可 ) 【 解析 】 本題考查探究 “ 影響滑動(dòng)摩擦力大小的因素 ” 。 (1)當(dāng)木塊做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí) ,處于受力平衡狀態(tài) ,此時(shí) 它在水平方向受到兩個(gè)力 :摩擦力和彈簧測(cè)力計(jì)的拉力 , 這兩個(gè)力是一對(duì)平衡力 ,大小相等。 (2)該實(shí)驗(yàn)探究不同 因素對(duì)滑動(dòng)摩擦力的影響時(shí) ,需要用控制變量法。探究 滑動(dòng)摩擦力的大小與接觸面的粗糙程度關(guān)系時(shí) ,需要保 持壓力不變 ,改變接觸面的粗糙程度 ,由圖可知乙、丙 兩圖符合要求。 (3)滑動(dòng)摩擦力受壓力和接觸面粗糙程度影響 ,木塊受到的拉力并不能影響滑動(dòng)摩擦力的大小 ,因此滑動(dòng)摩擦力不變。 (4)本題在木塊運(yùn)動(dòng)過程中讀數(shù)存在困難 ,而且保證木塊做勻速直線運(yùn)動(dòng)也有困難。 答案 :(1)勻速直線 二力平衡 (2)乙、丙 (3)不變 (4)很難控制木塊一直做勻速直線運(yùn)動(dòng) (或測(cè)力計(jì)在運(yùn)動(dòng)中讀數(shù)困難 ) 【 延伸探究 】 結(jié)合 【 示范案例 】 思考以下問題 : (1)在圖甲實(shí)驗(yàn)中 ,某同學(xué)開始拉木塊時(shí) ,他的水平拉 力逐漸增大 ,但木塊仍靜止 ,此過程中彈簧測(cè)力計(jì)的示 數(shù)在變大 ,那么這一過程中木塊受力 _______(選填“平 衡”或“不平衡” ),木塊所受的摩擦力 ______ (選填 “變大”“變小”或“不變” )。勻速拉動(dòng)木塊時(shí) ,摩擦 力大小等于彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù) ,當(dāng)他沿水平方向由勻速拉 木塊改為加速運(yùn)動(dòng) ,木塊所受摩擦力 ____________(選填“變大”“變小”或“不變” )。 (2)在圖乙實(shí)驗(yàn)中 ,將木塊沿豎直方向截去一半后 ,測(cè)得木塊所受的滑動(dòng)摩擦力變?yōu)樵瓉硪话?。由此得?:滑動(dòng)摩擦力的大小隨接觸面積的減小而減小。你認(rèn)為他得出的結(jié)論 __________(選填“正確”或“不正確” ),理由是 ____________________________。 (3)小明對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行了改進(jìn) ,如圖所示 ,寫出裝置改進(jìn)以后的好處 ______________。 (寫出一條即可 ) 【 解析 】 (1)物體靜止或做勻速直線運(yùn)動(dòng)都屬于平衡狀態(tài) ,拉力與木塊受到的摩擦力是一對(duì)平衡力 ,拉力增大 ,摩擦力也隨之變大 。當(dāng)木塊沿水平方向由勻速運(yùn)動(dòng)改為加速運(yùn)動(dòng)時(shí) ,木塊對(duì)長(zhǎng)木板的壓力大小不變 ,接觸面的粗糙程度不變 ,故摩擦力大小不變。 (2)將木塊沿豎直方向截去一半后 ,受力面積減小一半 ,但木塊對(duì)木板的壓力也減半 ,測(cè)得木塊所受的滑動(dòng)摩擦力變?yōu)樵瓉硪话?,此時(shí)得出滑動(dòng)摩擦力與受力面積的大小關(guān)系是不科學(xué)的。 (3)用手拉彈簧測(cè)力計(jì)運(yùn)動(dòng)時(shí) ,容易導(dǎo)致彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)不穩(wěn)定 ,而且容易導(dǎo)致木塊不能很好地做勻速直線運(yùn)動(dòng) ,故改進(jìn)的拉法相對(duì)于原圖甲的拉法更便于使彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)穩(wěn)定。 答案 :(1)平衡 變大 不變 (2)不正確 沒有考慮壓力也減半 (3)不需要木板做勻速直線運(yùn)動(dòng) ,便于操作 (或由于彈簧測(cè)力計(jì)靜止便于讀數(shù)等 ) 【 備選例題 】 (2022 懷化中考 )如圖所示 ,大偉在探究“摩擦力的大小與什么因素有關(guān)”的實(shí)驗(yàn)時(shí) ,用彈簧測(cè)力計(jì)沿水平方向拉動(dòng)木塊 ,使它沿水平長(zhǎng)木板勻速滑動(dòng) ,從而測(cè)出摩擦力 。改變放在木塊上的砝碼 ,從而改變木塊與長(zhǎng)木板之間的壓力 。把棉布、毛巾等鋪在長(zhǎng)木板上 ,從而改變接觸面的粗糙程度。 (1)觀察三個(gè)實(shí)驗(yàn) ,比較甲圖和 __________圖所示實(shí)驗(yàn) ,說明摩擦力的大小與作用在物體表面的壓力有關(guān)。 (2)觀察三個(gè)實(shí)驗(yàn) ,比較甲圖和丙圖所示實(shí)驗(yàn) ,說明在________相同時(shí) ,接觸面越 __________,摩擦力越大。 (3)大偉在進(jìn)行乙圖中實(shí)驗(yàn)時(shí) ,改變放在木塊上的砝碼 ,通過多次實(shí)驗(yàn)得到摩擦力 Ff與作用在物體表面的壓力FN的關(guān)系圖象如圖丁所示。由丁圖可知 :當(dāng) FN=1N時(shí) ,彈簧測(cè)力計(jì)對(duì)物體的拉力大小為 ________N。當(dāng)木塊與砝碼的總重力為 6N時(shí) ,木塊在長(zhǎng)木板上滑動(dòng)時(shí)受到的摩擦力為 ____________N。 【 精講精析 】 本題考查摩擦力的探究實(shí)驗(yàn)。 (1)要探 究摩擦力的大小與作用在物體表面的壓力的關(guān)系時(shí) , 必須控制接觸面的粗糙程度相同 ,壓力不同 ,觀察三個(gè) 實(shí)驗(yàn)可知 ,符合要求的是甲圖和乙圖 。(2)觀察三個(gè)實(shí) 驗(yàn) ,比較甲圖和丙圖所示實(shí)驗(yàn)可知 ,作用在物體表面的 壓力相同 ,接觸面的粗糙程度不同 ,所以摩擦力不同 , 且接觸面越粗糙摩擦力越大 ,說明在作用在物體表面 的壓力相同時(shí) ,接觸面越粗糙 ,摩擦力越大 。(3)由摩擦力 Ff與作用在物體表面的壓力 FN的關(guān)系圖象可知 ,當(dāng)作用在物體表面的壓力為 1N時(shí) ,摩擦力為 。作用在物體表面的壓力為 2N時(shí) ,摩擦力為 。作用在物體表面的壓力為 3N時(shí) ,摩擦力為 。所以摩擦力 Ff與作用在物體表面的壓力 FN的關(guān)系是 :Ff=。則當(dāng)木塊與砝碼的總重力為 6N時(shí) ,木塊在長(zhǎng)木板上滑動(dòng)時(shí)受到的摩擦力為 Ff== 6N=。 答案 :(1)乙 (2)壓力 粗糙 (3) 【 方法平臺(tái) 】 控制變量法 控制變量法是當(dāng)某一個(gè)物理量與多個(gè)因素有關(guān)時(shí) ,為了探究與各個(gè)因素的關(guān)系 ,需要改變某一個(gè)量 ,其他量都控制不變的研究方法。如探究滑動(dòng)摩擦力與壓力的關(guān)系時(shí) ,控制接觸面的粗糙程度不變 ,只改變壓力的大小。 理想實(shí)驗(yàn)法 在實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)論的基礎(chǔ)上 ,根據(jù)一定的科學(xué)依據(jù) ,對(duì)一些難以驗(yàn)證的現(xiàn)象或規(guī)律 ,經(jīng)過概括、抽象、合理假設(shè)和推理 ,得出科學(xué)規(guī)律 ,這種方法叫科學(xué)推理法 ,也叫理想實(shí)驗(yàn)法。如在研究“牛頓第一定律”的實(shí)驗(yàn)中 ,假設(shè)水平面絕對(duì)光滑 ,小車將不再受阻力。