Question

12．如圖1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．
（2）比較甲、乙兩圖，可得到的結論是接觸面粗糙程度相同時，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大小相同，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2A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$\frac{{f}_{1}}{{G}_{1}}$和$\frac{{f}_{2}}{{G}_{2}}$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�。�）
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．
（6）課后，班級創(chuàng)新小組的同學們設計出如圖3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=2.5N；實驗中選擇一次性塑料杯子的原因是：質量�。ɑ蛑亓�可忽略不計）．

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(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物體A的拉力，據此可進行計算．

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）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．
故答案為：（1）勻速直線；
（2）接觸面粗糙程度相同時，壓力越大，滑動摩擦力越大；
（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；密度； 
（6）2.5；質量小（或重力可忽略不計）．

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．