Question

18．小剛同學(xué)為了參加體育考試，想測試一下橡膠底和牛筋底的運動鞋那雙摩擦力更大．
（1）在拉動過程中小剛發(fā)現(xiàn)，勻速直線拉動鞋實際很難控制，于是他將鞋放在水平放置的木板上，將彈簧測力計固定，改為拉動木板，如圖乙所示，當(dāng)他水平向左拉動木板時，鞋受到的摩擦力的方向為水平向左；
（2）實驗時，小明又想測一下滑動摩擦力與壓力大小的關(guān)系，記錄的部分數(shù)據(jù)如表所示：

序號	鞋子放置情況	木板表面情況	壓力/N	彈簧測力計示數(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

分析數(shù)據(jù)可知：滑動摩擦力的大小與接觸面所受的壓力有關(guān)，滑動摩擦力f的大小與接觸面所受壓力F大小的關(guān)系式是f=0.2F．
（3）小明在實驗時還發(fā)現(xiàn)：在木塊沒有被拉動時，彈簧測力計也有示數(shù)，且示數(shù)會變化．他請教老師，在老師的幫助下，設(shè)計了探究靜摩擦力變化的規(guī)律及滑動摩擦力規(guī)律的實驗，如圖（a）所受的演示裝置，力傳感器A與計算機連接，可獲得力隨時間變化的規(guī)律，將力傳感器固定在光滑水平桌面上，測力端通過細繩并跨過光滑的輕定滑輪系一只空沙桶（調(diào)節(jié)滑輪可使桌面上部細繩水平），整個裝置處于靜止?fàn)顟B(tài)．實驗開始時打開傳感器同時緩慢向沙桶里倒入沙子，小車運動起來，立即停止倒沙子，若力傳感器采集的圖象如圖（b），則結(jié)合該圖象，下列說法錯誤的是D
A．可求出空沙桶的重力
B．可求出滑塊與小車之間的滑動摩擦力的大小
C．可求出滑塊與小車之間的最大靜摩擦力的大小
D．可判斷第50秒后小車做勻速直線運動（滑塊仍在車上）
（4）分析圖象可知：要使木塊由靜止開始運動，至少要用4N的水平拉力拉木塊．

Answer 1

分析 （1）摩擦力方向與相對運動方向相反；
（2）要探究滑動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)進行分析即可；
（3）對滑塊進行受力分析，由圖象求出傳感器對滑塊的拉力，由平衡條件求出滑塊受到的摩擦力，然后由牛頓第三定律判斷小車的受力情況；
（4）據(jù)圖中的彈簧測力計的示數(shù)解答．

解答 解：（1）將彈簧測力計固定，改為拉動木板，這樣測力計的示數(shù)比較穩(wěn)定，此時鞋相對于木板向右運動，所以其受到的摩擦力水平向左；
（2）1、2、3組實驗數(shù)據(jù)，接觸面的粗糙程度相同，壓力大小不同，可得滑動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，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；
（3）在整個過程中，滑塊受到水平向右的摩擦力f與水平向左的傳感器的拉力F，滑塊始終靜止，處于平衡狀態(tài)，
由平衡條件得：則f=F；小車與滑塊的摩擦力f與滑塊對小車的摩擦力f′是作用力與反作用力，由牛頓第三定律得：f′=f，則f′=F；
A、t=0時，沒有向桶中倒沙，G_空沙桶=F，由圖乙所示圖象可知，G_空沙桶=F=2N，故A正確；
B、當(dāng)小車運動時，滑塊與小車間的摩擦力是滑動摩擦力，由圖乙所示圖象可知，f=F′=3N，故B正確；
C、當(dāng)小車由靜止剛好開始運動時，滑塊與小車間的摩擦力是最大靜摩擦力，由圖乙所示圖象可知，
滑塊與小車間的最大靜摩擦力f_max=F″=3.5N，故C正確；
D、由圖象我們只能知道50s后小車受到的滑動摩擦力是3N，恒定不變，并不知道沙桶對小車的拉力是多少，不知小車所受合力是多少，無法判斷小車的運動狀態(tài)，小車可能做勻速直線運動，也可能做加速直線運動，故D錯誤；
（4）當(dāng)木塊做勻速直線運動時，在水平方向上受到的拉力和滑動摩擦力是一對平衡力，根據(jù)二力平衡的知識可知，這兩個大小相等，方向相反，彈簧測力計示數(shù)4N，即拉力4N；
故答案為：（1）水平向左；（2）f=0.2F；（3）D；（4）4．

點評 此題是探究摩擦力的大小與哪些因素有關(guān)的實驗，考查了根據(jù)實驗數(shù)據(jù)得出結(jié)論的能力，此題有一定的難度．