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探究影响摩擦力大小的因素
一.实验探究题(共25小题)
1.在“探究影响滑动摩擦力大小的因素”实验中,小南和小芳做了如图甲所示的三次实验,用到的实验器材有:一个弹簧测力计、一个木块、一个砝码、两个表面粗糙程度不同的长木板。实验中第1次和第2次用表面较光滑的长木板,第3次用表面更加粗糙的长木板。
(1)实验时用弹簧测力计水平拉动木块使其在水平长木板上做 运动,根据二力平衡知识,可知滑动摩擦力的大小 (选填“大于”“等于”或“小于”)拉力的大小;
(2)比较1、2两次实验,可得出结论: ;
(3)小南同学将实验装置进行了改进,如图乙所示,将木块放在水平长木板上,将水平放置的弹簧测力计一端固定,另一端钩住木块,实验时拉着长木板向右运动,弹簧测力计的示数如图所示,则此时木块所受的滑动摩擦力大小为 N。这样改进的好处是 (写出其中一条即可);
(4)实验结束后,小南和小芳想用所学的知识探究运动鞋鞋底的防滑效果,他们各自带来了一只洗干净的运动鞋,又准备了一张练习立定跳远用的橡胶垫和细线。如图丙所示,将运动鞋置在水平橡胶垫上,将水平放置的弹簧测力计一端固定,一端通过细线与鞋连接,拉动鞋下的橡胶垫。
①小南测出他的鞋所受的滑动摩擦力Fa比小芳的鞋所受的滑动摩擦力Fb大,但实际上他的鞋的防滑效果不一定比小芳的好,这是因为 。
②小南与小芳的运动鞋的质量分别为ma和mb,若ma>mb,而弹簧测力计示数Fa<Fb,你认为能不能判断两只鞋鞋底的粗糙程度大小,并说明理由。 。
2.某实验小组的同学在“探究滑动摩擦力大小”的实验中。
(1)如图甲,用弹簧测力计沿水平方向拉着长方体木块在长木板上做 (选填“匀速”或“变速”)直线运动,木块所受滑动摩擦力的大小等于拉力F的大小;
(2)在图甲实验中发现,很难保持木块在(1)小题中的运动,且弹簧测力计的示数不稳定。于是同学们对实验装置进行了改进,如图乙所示,将弹簧测力计水平固定,通过拉力F′拉动长木板进行实验,测量数据记录如表所示:
实验次数 木块放置情况 弹簧测力计示数/N
1 平放 1.2
2 侧放 1.2
3 竖放 1.2
(3)根据实验数据可以得出:木块所受的滑动摩擦力大小应为 N,滑动摩擦力的大小与接触面的面积 (选填“有关”或“无关”)。图乙与图甲相比,图乙装置的优点之一是弹簧测力计的示数更 (选填“稳定”或“不稳定”)。
3.小勇利用如图所示的实验装置探究影响滑动摩擦力大小的因素,在水平桌面边缘固定一个定滑轮,将弹簧测力计在竖直方向调零后如图固定。在桌面放置一块长木板,将一个长方体木块平放在长木板上,通过细线绕过定滑轮与测力计相连,并保持细线的AB段竖直、BC段水平。水平向左拉动长木板,木块相对于桌面保持静止,不计细线的重力和滑轮处的摩擦力。
(1)图中木块受到滑动摩擦力的方向为 ,根据 可知弹簧测力计的示数即为木块受到滑动摩擦力的大小。
(2)拉动长木板向左运动时 (选填“需要”或“不需要”)做匀速直线运动。
(3)在探究滑动摩擦力的大小与压力大小的关系时,小勇换用一块质量更大的木块重复上述实验,发现测力计的示数变大了。由此得出压力越大,滑动摩擦力越大的结论,请你对他的实验做法进行评估: 。
4.在“探究影响滑动摩擦力大小的因素”实验中,将木块放在水平木板上,用弹簧测力计沿水平方向拉动木块做匀速直线运动。
(1)甲图中,弹簧测力计示数为 N;若加速拉动木块,木块受到的滑动摩擦力的大小将 ;
(2)实验中使用砝码是为了改变 ;
(3)通过比较 两图可探究“滑动摩擦力大小与接触面粗糙程度的关系”;
(4)在此实验的基础上,添加 器材还可以“探究影响物体动能大小的因素”。
5.如图所示,是小周“测量滑动摩擦力”的实验。
(1)把木块放在水平桌面上,小周用轻质弹簧测力计水平向右拉动木块,使其做匀速直线运动,当弹簧测力计的示数F1稳定时如图所示,为 N。
(2)小周在桌面上铺上毛巾,再重复上面的实验,此时弹簧测力计的示数F2 F1(选填“>”“<”或“=”)。
(3)在此实验中,小周先用4N的水平拉力拉动木块在桌面上运动,然后再用5N的水平拉力拉动木块在桌面上运动,在两次拉动过程中,木块受到的滑动摩擦力的大小 (选填“相等”或“不相等”)。
6.(1)图甲是小盛同学探究“阻力对物体运动的影响”的实验。
①三次实验中,均保持小车从同一斜面同一位置由静止下滑,目的是保证小车到达平面起始端时 相同。在水平面上,小车每次停止时的位置如图甲所示,由三次实验可以看出,水平面越光滑,小车受到的阻力越小,小车滑行的距离就越远,速度减小得越 (选填“快”或“慢”);
②在此实验基础上通过推理可知观点 (选填“A”或“B”)是正确的;
A.物体的运动不需要力来维持
B.力是维持物体运动的原因
(2)小盛又将小车系上细线,分别倒放、立放在铺有不同材料的水平木板上,用测力计拉动小车,探究“影响滑动摩擦力大小的因素”,实验如图乙所示:
①实验中,沿水平方向 拉动测力计,根据二力平衡原理可测出滑动摩擦力的大小 ;
②比较第 两次实验可知,滑动摩擦力大小与接触面积无关;
③比较第4、5两次实验可得结论: 。
7.如图所示是“研究影响滑动摩擦力大小因素”的实验装置。
(1)如图甲、乙、丙所示三种情况下,木板和毛巾保持不动,物块在弹簧测力计拉力作用下均做匀速直线运动。则物块所受滑动摩擦力的大小 (填“大于”“等于”或“小于”)弹簧测力计的示数;
(2)比较甲、乙实验,是为了研究滑动摩擦力大小与 的关系;比较乙、丙实验是为了研究滑动摩擦力大小与 的关系(均选填“压力”或“接触面的粗糙程度”);
(3)小萌同学对实验装置进行改进,如图丁所示,用力拉动长木板向左运动,物块保持静止时弹簧测力计的示数 (填“大于”“等于”或“小于”)物块所受滑动摩擦力的大小。改进后的实验中小萌同学 (填“需要”或“不需要”)匀速拉动长木板。
8.同学们在观看冰壶比赛时,发现了如下两个现象:
现象一:运动员蹬冰脚的鞋底为橡胶制成,滑行脚的鞋底为塑料制成。
现象二:运动员蹬冰时要用力。
他们认为上述现象与摩擦力的知识有关,于是提出了“滑动摩擦力的大小与什么因素有关”的问题,并进行了如下探究。
【猜想与假设】根据同学们的发现,猜想滑动摩擦力的大小可能与 和 有关。
【设计并进行实验】
用弹簧测力计水平拉动木块,使它沿水平长木板匀速滑动,测出木块受到的滑动摩擦力。进行了三次实验,如图所示。
【分析与论证】
(1)甲图中,木块受到的滑动摩擦力为 N。
(2)对比乙、丙两图,可得结论: 。
(3)许多情况下摩擦是有用的,人们常常设法增大它。请列举在冰壶运动中增大摩擦的措施,并利用实验结论进行解释。(至少写出一例) 。
9.冰壶运动被称为“冰上围棋”,比赛充满了智慧。冰壶比赛时,运动员有时要不断地擦冰,这是为了改变冰壶受到的滑动摩擦力。为此,小兰和小海一起对影响滑动摩擦力大小的因素进行探究。
(1)小兰和小海分别采用如图甲、乙所示方式,使木块沿水平长木板做匀速直线运动。木块受到的滑动摩擦力大小Ff1与弹簧测力计示数相等的是图 的方式,依据的是 知识。
(2)按图甲的做法,在木块上加放砝码,改变木块对长木板的压力,测出此种情况下的滑动摩擦力Ff2,发现Ff2>Ff1。这说明接触面受到的压力越大,滑动摩擦力越 。换用材料相同但表面更粗糙的长木板,保持木块上的砝码不变,测出此种情况下的滑动摩擦力Ff3,发现Ff3>Ff2。这说明接触面越 ,滑动摩擦力越大。
(3)冰壶运动员在比赛过程中不断地擦冰,这是通过改变接触面的粗糙程度来 摩擦的,目的是使冰壶在冰面上运动的距离更 一些。
10.小智发现妈妈购买的防滑地垫的A面比B面更粗糙,为了比较A、B两个面的防滑性,小智利用商家赠送的小块地垫样品和弹簧测力计进行了下列探究:
(1)如图甲、乙,分别将B、A面与同一水平地面接触,用弹簧测力计水平 拉动小块地垫,根据 原理可知滑动摩擦力大小等于弹簧测力计示数。
(2)小智发现完成甲、乙两次实验测得的滑动摩擦力都很小,比较不出A、B两个面的防滑性,于是又找来一个铁块,在原水平地面上进行了如图丙所示的实验。通过比较甲、丙两次实验,发现当接触面粗糙程度相同时, 越大,滑动摩擦力越 。
(3)为了完成探究,保持其他条件不变,在丙图实验的基础上小智只将 ,测出滑动摩擦力的大小为2.2N,通过与丙图实验测得的滑动摩擦力相比,选择地垫 (填“A”或“B”)面铺在地面上,能更有效地防止地垫在地面上滑动。
11.在“研究影响滑动摩擦力大小的因素”实验中,将木块放在水平木板上,用弹簧测力计沿水平方向拉动木块做匀速直线运动。
(1)甲图中,弹簧测力计示数为 N,根据 原理可得,此时木块受到的滑动摩擦力与木块受到的拉力大小相等。
(2)比较甲、乙两图可得:在接触面粗糙程度相同时, 越大,滑动摩擦力越大。
(3)通过比较 两图可探究:滑动摩擦力大小与接触面粗糙程度的关系。
12.小丹选取了两个弹簧测力计、细线、棉布、木板、重为10N和15N的两个木块(表面粗糙程度相同)等器材,探究滑动摩擦力大小与哪些因素有关。
(1)小丹水平匀速直线拉动木块,利用 条件可知木块所受摩擦力大小等于弹簧测力计的示数。她分别做了如图甲、乙、丙所示三次实验。
①分析甲、乙两次实验,可以得出接触面粗糙程度相同时,压力越大,滑动摩擦力 的结论;
②分析甲、丙两次实验,可以得出压力相同时,接触面 ,滑动摩擦力越大的结论;
③小丹从上述实验联想到生活中瓶盖上设计了花纹,可用 (填“①”或“②”)的结论进行解释。
(2)她想继续探究滑动摩擦力大小与物体的重力大小是否有关,利用图甲实验做对比分析,又设计了如图丁所示的实验,使弹簧测力计A始终保持竖直状态,并调整高度,使其示数为 N,拉动木板,当木块相对于地面静止时,弹簧测力计B的示数为1N,分析可得滑动摩擦力大小与物体重力大小 。
13.如图,是“探究影响滑动摩擦力大小的因素”的实验。
(1)本次实验前,应在 方向上对弹簧测力计进行调零。
(2)如图﹣1,沿水平方向拉动木块,使其做匀速直线运动,木块受到的拉力大小 (选填“大于”“小于”或“等于”)木块受到的滑动摩擦力大小。
(3)如图﹣1,用弹簧测力计沿水平方向拉动木块,使其做速度大小不同的匀速直线运动。发现弹簧测力计的示数不变,说明滑动摩擦力的大小与物体运动速度的大小 (选填“有关”或“无关”)。
(4)如图﹣2,在木块上加放钩码,沿水平方向拉动木块,使其做匀速直线运动。改变钩码的数量,多次实验后得出结论:其他条件一定时,压力越大,滑动摩擦力越 。
14.某兴趣小组在探究“滑动摩擦力的大小与什么因素有关”时,用同一木块分别做了如图所示的甲、乙、丙三次实验。
(1)甲、乙、丙三次实验中以相同速度沿水平方向匀速拉动木块,根据二力平衡知识,弹簧测力计对木块的拉力大小 滑动摩擦力的大小(选填“大于”、“等于”或“小于”);
(2)通过对比甲、乙两次实验可知:在接触面的粗糙程度相同时, 越大,滑动摩擦力越大;
(3)通过对比 两次实验可知:在压力相同时,接触面越粗糙,滑动摩擦力越大;
(4)兴趣小组的同学利用甲图实验装置继续探究滑动摩擦力与速度的关系,改变拉动木块的速度,进行实验,记录的实验数据如下表:
实验次数 1 2 3 4
运动速度(m/s) 0.3 0.4 0.5 0.6
测力计的示数(N) 1.2 1.2 1.2 1.2
分析实验数据可知:滑动摩擦力的大小与物体运动的速度 (选填“有关”或“无关”);
(5)小组交流讨论时发现:在实验中很难使木块做匀速直线运动,于是小伟设计了如图丁所示的实验装置,该装置的优点是 长木板B做匀速直线运动(选填“需要”或“不需要”)。
15.如图是探究滑动摩擦力大小与哪些因素有关的实验情景。
(1)将木块平放在水平木板上,用弹簧测力计水平拉动木块,使木块做 运动。
(2)由图甲可知:此时木块受到的滑动摩擦力大小为 N。
(3)由图乙和图丙可知:在其他条件相同的情况下,压力越大,滑动摩擦力越 。
(4)本实验产生误差的原因是: 。(写一条即可)
16.小宁和同学们在“研究影响滑动摩擦力大小的因素”的实验中,水平桌面上的器材有弹簧测力计、长方体木块、砝码、长木板和毛巾,实验过程如图所示。
(1)实验中,用弹簧测力计水平拉动长方体木块,沿长木板做匀速直线运动,根据 知识可知,弹簧测力计对木块的拉力与木块受到的滑动摩擦力的大小 。
(2)第一次测量过程中弹簧测力计的示数如图甲所示,F1= N。
(3)比较甲、乙两次实验可研究滑动摩擦力大小与 的关系。
(4)比较 两次实验所得的结论,可以解释鞋底做得凹凸不平的原因。
(5)从本实验的器材中,选取长方体木块和 ,再添加 还可以做“探究影响压力作用效果的因素”的实验。
17.某兴趣小组在“探究影响滑动摩擦力大小因素”时的改进实验装置如图所示。
(1)该实验装置的优点在于:不需要匀速拉动木板也能测量滑动摩擦力的大小,原因是木块B相对桌面始终处于静止状态,弹簧测力计的示数等于物体B受到的 力的大小,该实验的原理是 (选填“二力平衡”或“受力不平衡”);
(2)实验数据如表所示:
实验 接触面 压力情况 弹簧测力计示数/N
1 木板面 木块 3.3
2 木板面 木块+砝码 4.5
3 毛巾面 木块 5.1
①对比实验1和2:在接触面粗糙程度相同时,压力 (选填“越大”或“越小”),滑动摩擦力越大;
②对比实验 :在接触面所受的压力相同时,接触面越粗糙,滑动摩擦力 (选填“越大”或“越小”);
③本实验除了转换法,还使用的物理实验方法是 ;
(3)同学们还想探究滑动摩擦力的大小与接触面积是否有关,于是将木块B沿竖直方向切去一半,这种做法不合理。请说明理由: 。
18.用木块、木板、毛巾、棉布、弹簧测力计、金属块等器材做“探究影响滑动摩擦力大小因素”实验。
(1)如图所示,将木块置于水平木板上,应水平拉动木块,使它沿长木板做 直线运动;
(2)实验中应选择木板、棉布、毛巾是为了改变 ;
(3)在图示情况下,做以下调整后再次水平拉动木块,其中会改变木块所受滑动摩擦力大小的有 (填序号)。
①增大拉力
②加大拉动木块的速度
③把木块沿竖直方向截掉一部分
④在木块上加金属块
19.冰壶比赛时,运动员有时要不断地擦冰,这是为了改变冰壶受到的滑动摩擦力。为此小兰和小海一起对影响滑动摩擦力大小的因素进行探究。
(1)小兰和小海分别采用如图甲、乙,使木块沿水平长木板做 运动。木块受到的滑动摩擦力Ff1与弹簧测力计示数相等的是图 的方式,依据的是 知识;
(2)按图甲的做法,在木块上加放砝码,改变木块对长木板的压力,测出此种情况下的滑动摩擦力Ff2,发现Ff2>Ff1。这说明接触面受到的压力越大,滑动摩擦力越 ,换用材料相同但表面更粗糙的长木板,保持木块上的砝码不变,测出此种情况下的滑动摩擦力Ff3,发现Ff3>Ff2,这说明接触面越 ,滑动摩擦力越大;
(3)冰壶运动员在比赛过程中不断地擦冰,这是通过改变接触面的粗糙程度来 摩擦的,目的是使冰壶在冰面上运动的距离更 一些。
20.在“探究影响滑动摩擦力大小因素”的实验中,小明做了如图所示的3次实验。
(1)比较图中甲、丙两次实验,是为了探究滑动摩擦力大小与 的关系;
(2)小明做图甲中实验时,拉力随时间变化的图象如图A所示,木块的速度随时间变化的图象如图B所示,则第7s时木块所受的摩擦力为 N;
(3)如图C所示,实验时变速拖动长木板,此时木块所受摩擦力大小为 N。
21.在探究“滑动摩擦力大小与哪些因素有关”的实验中,小明用弹簧测力计拉同一木块依次进行了三次正确的实验操作,实验情景如图甲、乙、丙所示:
(1)在图乙中,木块受到的滑动摩擦力大小等于 N;
(2)通过上述实验,可知影响滑动摩擦力大小的因素有 和 ;
(3)在某次实验中,小明拉动木块在木板上运动,木块运动的路程﹣时间图象如图丁所示。若用F1和F2分别表示0~t1和t1~t2时间内弹簧测力计的示数,则可判断F1 (选填“>”、“<”或“=”)F2;
(4)实验中,如果弹簧测力计的示数不稳定,原因可能是 (填字母);
A.木板过长
B.木板的粗糙程度不均匀
C.木块运动的速度太小
(5)在老师的指导下,小明同学对实验装置进行了改进,如图戊所示,发现操作效果更好。实验装置改进后的好处是 。
22.在“探究影响滑动摩擦力大小的因素”的实验中:
(1)如图甲所示,小明将装有部分文具的文具盒置于水平桌面上,用弹簧测力计水平向右匀速拉动文具盒,这是利用 的原理测出滑动摩擦力的大小;
(2)在实验过程中,小明发现弹簧测力计读数不稳定,于是固定弹簧测力计,通过拉动长木板进行实验,如图乙所示。此时文具盒的所受摩擦力方向 ,拉动木板 (选填“需要”或“不需要”)匀速直线运动;
(3)接着,小明又将橡皮、改正液等物品放入文具盒,重复上述实验,若小明用4N的力拉出木板时,弹簧测力计的示数为1.6N,则此时文具盒与木板之间的摩擦力为 N。
23.在“探究影响滑动摩擦力大小的因素”实验中,实验小组设计了如图甲所示的实验装置。
(1)实验中,用弹簧测力计沿水平方向拉着木块在水平桌面上做 运动,根据 知识可知滑动摩擦力的大小等于拉力的大小;
(2)比较图中甲和乙两次实验,可以得出 ,滑动摩擦力越大的结论;
(3)图丙中,A和B一起做匀速直线运动时,木块B受到的摩擦力为 N;
(4)小名同学将实验方法进行了改进,设计了如图丁的装置来进行实验。实验中,物块所受的摩擦力的方向为水平向 ,传送带上面应向 运动。
24.某兴趣小组在探究“滑动摩擦力的大小与什么因素有关”时,用同一木块分别做了如图所示的甲、乙、丙三次实验。
(1)甲、乙、丙三次实验中以相同速度沿水平方向 拉动木块,根据二力平衡知识,弹簧测力计对木块的拉力大小 滑动摩擦力的大小(选填“大于”、“等于”或“小于”);
(2)通过对比甲、乙两次实验可知:在接触面的粗糙程度相同时, 越大,滑动摩擦力越大;
(3)通过对比 两次实验可知:在压力相同时,接触面越粗糙,滑动摩擦力越大;
(4)兴趣小组的同学利用甲图实验装置继续探究滑动摩擦力与速度的关系,改变拉动木块的速度,进行实验,记录的实验数据如表:
实验次数 1 2 3 4
运动速度(m/s) 0.3 0.4 0.5 0.6
测力计的示数(N) 1.2 1.2 1.2 1.2
分析实验数据可知:滑动摩擦力的大小与物体运动的速度 (选填“有关”或“无关”)。
25.小成同学探究“滑动摩擦力大小与什么有关”,实验器材如下:长木板(上下表面粗糙程度不同)、长方体木块(每个面粗糙程度都相同,长宽高不等)、弹簧测力计。
(1)实验过程中,将木块放在水平木板上,用弹簧测力计沿水平方向缓缓匀速拉动木块(如图),目的是为了让弹簧测力计示数与木块所受滑动摩擦力大小 。
(2)小成在实验探究时利用下表收集数据,你认为她探究的是滑动摩擦力大小与 的关系。
长木板不同表面 弹簧测力计示数/N
一个木块 两个木块重叠
光滑表面
粗糙表面
(3)小成利用同一个木块探究了滑动摩擦力大小与接触面积是否有关,她改变接触面积的操作是 。
(4)小成发现匀速拉动木块时,不好控制且不方便读数,于是爱思考的她利用木块静止时二力平衡的特点,设计了改进方案(如下表所示),你认为应该采用哪个方案?答: 。
方案一:用绳子将木块连接到墙上后,通过弹簧测力计拉动下面的长木板 方案二:用绳子将木块连接到墙上后,通过弹簧测力计拉动底部加了轮子的长木板 方案三:通过弹簧测力计将木块连接到墙上后,直接拉动下面的长木板
探究影响摩擦力大小的因素
参考答案与试题解析
一.实验探究题(共25小题)
1.在“探究影响滑动摩擦力大小的因素”实验中,小南和小芳做了如图甲所示的三次实验,用到的实验器材有:一个弹簧测力计、一个木块、一个砝码、两个表面粗糙程度不同的长木板。实验中第1次和第2次用表面较光滑的长木板,第3次用表面更加粗糙的长木板。
(1)实验时用弹簧测力计水平拉动木块使其在水平长木板上做 匀速直线 运动,根据二力平衡知识,可知滑动摩擦力的大小 等于 (选填“大于”“等于”或“小于”)拉力的大小;
(2)比较1、2两次实验,可得出结论: 在接触面粗糙程度一定时,压力越大,滑动摩擦力越大 ;
(3)小南同学将实验装置进行了改进,如图乙所示,将木块放在水平长木板上,将水平放置的弹簧测力计一端固定,另一端钩住木块,实验时拉着长木板向右运动,弹簧测力计的示数如图所示,则此时木块所受的滑动摩擦力大小为 2.8 N。这样改进的好处是 不需要控制木板做匀速直线运动,方便实验操作 (写出其中一条即可);
(4)实验结束后,小南和小芳想用所学的知识探究运动鞋鞋底的防滑效果,他们各自带来了一只洗干净的运动鞋,又准备了一张练习立定跳远用的橡胶垫和细线。如图丙所示,将运动鞋置在水平橡胶垫上,将水平放置的弹簧测力计一端固定,一端通过细线与鞋连接,拉动鞋下的橡胶垫。
①小南测出他的鞋所受的滑动摩擦力Fa比小芳的鞋所受的滑动摩擦力Fb大,但实际上他的鞋的防滑效果不一定比小芳的好,这是因为 在研究鞋子防滑性能时,应该控制鞋子对水平面的压力相同,所以小南测出他的鞋所受的滑动摩擦力Fa比小芳的鞋所受的滑动摩擦力Fb大,但实际上他的鞋的防滑效果不一定比小芳的好 。
②小南与小芳的运动鞋的质量分别为ma和mb,若ma>mb,而弹簧测力计示数Fa<Fb,你认为能不能判断两只鞋鞋底的粗糙程度大小,并说明理由。 能,理由是甲对水平面的压力比甲对水平面的压力大,摩擦力却比乙的小,所以可以判断出乙鞋更粗糙,摩擦力才会比甲的大 。
【分析】(1)根据二力平衡的条件分析;
(2)(5)影响摩擦力的因素由压力和接触面的粗糙程度,要探究滑动摩擦力的大小与其中一个因素的关系,要控制另外的一个因素不变,据此分析;
(3)水平匀速拉动木块时,拉力和滑动摩擦力是一对平衡力,看清分度值读出示数;
木块与弹簧测力计静止不动,不需要控制木板做匀速直线运动,便于实验操作,便于弹簧测力计读数;
(4)根据图丙分析各段的运动情况,根据图乙分析出拉力的大小,根据影响摩擦力的因素分析出摩擦力的大小。
【解答】解:(1)只有沿水平方向拉着物体做匀速直线运动,物体在水平方向上受到平衡力的作用,拉力大小才等于摩擦力的大小,故实验时,用弹簧测力计水平拉动木块,使它沿长木板做匀速直线运动,根据二力平衡知识,滑动摩擦力的大小等于拉力的大小;
(2)由1、2两次实验知,接触面粗糙程度相同,2中压力大,滑动摩擦力也大,故可以得出:在接触面粗糙程度一定时,压力越大,摩擦力越大;
(3)图乙中,木块与弹簧测力计固定不动,拉动木板运动,木块相对于地面静止,水平方向受到的拉力和摩擦力是平衡力,大小相等,弹簧测力计的示数是2.8N,所以摩擦力的大小是2.8N,改装置不需要控制木板做匀速直线运动,方便实验操作;弹簧测力计固定不动易于读数;
(4)滑动摩擦力的大小与压力和接触面的粗糙程度有关,不同的鞋子的质量不同,对水平面的压力不同,因此在研究鞋子防滑性能时,应该控制鞋子的质量相同,所以小南测出他的鞋所受的滑动摩擦力Fa比小芳的鞋所受的滑动摩擦力Fb大,但实际上他的鞋的防滑效果不一定比小芳的好。
因为ma>mb,而弹簧测力计示数Fa<Fb,说明甲对水平面的压力比甲对水平面的压力大,摩擦力却比乙的小,所以可以判断出乙鞋更粗糙,摩擦力才会比甲的大。
故答案为:(1)匀速直线;等于;(2)在接触面粗糙程度一定时,压力越大,滑动摩擦力越大;(3)2.8;不需要控制木板做匀速直线运动,方便实验操作;(4)在研究鞋子防滑性能时,应该控制鞋子对水平面的压力相同,所以小南测出他的鞋所受的滑动摩擦力Fa比小芳的鞋所受的滑动摩擦力Fb大,但实际上他的鞋的防滑效果不一定比小芳的好;能,理由是甲对水平面的压力比甲对水平面的压力大,摩擦力却比乙的小,所以可以判断出乙鞋更粗糙,摩擦力才会比甲的大。
【点评】本题探究滑动摩擦力的大小与哪些因素有关,考查实验原理及控制变量法的运用和影响滑动摩擦力大小的两个因素,体现了对过程和方法的考查。最后一问难度较大。
2.某实验小组的同学在“探究滑动摩擦力大小”的实验中。
(1)如图甲,用弹簧测力计沿水平方向拉着长方体木块在长木板上做 匀速 (选填“匀速”或“变速”)直线运动,木块所受滑动摩擦力的大小等于拉力F的大小;
(2)在图甲实验中发现,很难保持木块在(1)小题中的运动,且弹簧测力计的示数不稳定。于是同学们对实验装置进行了改进,如图乙所示,将弹簧测力计水平固定,通过拉力F′拉动长木板进行实验,测量数据记录如表所示:
实验次数 木块放置情况 弹簧测力计示数/N
1 平放 1.2
2 侧放 1.2
3 竖放 1.2
(3)根据实验数据可以得出:木块所受的滑动摩擦力大小应为 1.2 N,滑动摩擦力的大小与接触面的面积 无关 (选填“有关”或“无关”)。图乙与图甲相比,图乙装置的优点之一是弹簧测力计的示数更 稳定 (选填“稳定”或“不稳定”)。
【分析】(1)实验中,摩擦力的大小是通过读取弹簧测力计的拉力得出的,这是依据了二力平衡的原理,因此,要保持物体做匀速直线运动才行;
(3)木块相对地面处于静止状态,木块受到弹簧测力计的拉力和木板对木块的滑动摩擦力,滑动摩擦力跟物体运动速度无关。
【解答】解:(1)根据二力平衡的原理,只有物体做匀速直线运动时,拉力才与滑动摩擦力大小相等;
(3)实验改进后,木块相对于地面是静止的,木块受到测力计的拉力和木板对木块的滑动摩擦力是一对平衡力,其大小始终相等,木块所受的滑动摩擦力大小应为1.2N,滑动摩擦力的大小与接触面的面积无关,与木板运动的速度无关,所以实验时不必控制木板做匀速直线运动,便于操作,且实验时弹簧测力计不动,弹簧测力计的示数更稳定,读数更方便。
故答案为:(1)匀速;(3)1.2;无关;稳定。
【点评】本题考查了滑动摩擦力的影响因素,要明确:滑动摩擦力大小跟压力大小和接触面粗糙程度有关,跟接触面积大小等没有关系。
3.小勇利用如图所示的实验装置探究影响滑动摩擦力大小的因素,在水平桌面边缘固定一个定滑轮,将弹簧测力计在竖直方向调零后如图固定。在桌面放置一块长木板,将一个长方体木块平放在长木板上,通过细线绕过定滑轮与测力计相连,并保持细线的AB段竖直、BC段水平。水平向左拉动长木板,木块相对于桌面保持静止,不计细线的重力和滑轮处的摩擦力。
(1)图中木块受到滑动摩擦力的方向为 水平向左 ,根据 二力平衡 可知弹簧测力计的示数即为木块受到滑动摩擦力的大小。
(2)拉动长木板向左运动时 不需要 (选填“需要”或“不需要”)做匀速直线运动。
(3)在探究滑动摩擦力的大小与压力大小的关系时,小勇换用一块质量更大的木块重复上述实验,发现测力计的示数变大了。由此得出压力越大,滑动摩擦力越大的结论,请你对他的实验做法进行评估: 该方案不正确;实验中换用质量较大的木块时,没有控制接触面的粗糙程度不变 。
【分析】(1)根据木块的运动状态分析摩擦力的方向;用弹簧测力计水平匀速拉动物块,物块做匀速直线运动,处于平衡状态,由平衡条件可知,滑动摩擦力等于测力计的示数;
(2)根据木块相对地面处于静止状态,受到平衡力的作用分析;
(3)根据控制变量法的要求分析答题。
【解答】解:(1)木块处于静止状态,水平方向上受到水平向右的拉力和水平向左的摩擦力的作用;
实验过程中,物块在水平方向上做匀速直线运动,此时物块处于平衡状态,由二力平衡条件可知,滑动摩擦力的大小等于弹簧测力计的示数,这用到了转换法;
(2)研实验中,木块相对地面处于静止状态,受到的测力计的拉力与受到摩擦力为一对平衡力,大小相等,故该方案不需要长木板做匀速直线运动;
(3)滑动摩擦力的大小与压力大小、接触面的粗糙程度有关,探究滑动摩擦力大小与压力大小的关系时,需要控制接触面的粗糙程度不变,改变压力的大小;
小勇的方案中,换用一个质量大的木块进行实验,压力的大小改变,接触面的粗糙程度也可能会发生变化,不符合控制变量法的要求。
故答案为:(1)水平向左;二力平衡;(2)不需要;(3)该方案不正确;实验中换用质量较大的木块时,没有控制接触面的粗糙程度不变。
【点评】探究影响滑动摩擦力大小因素的实验,属于中考重点实验,需熟悉实验过程,熟练掌握实验方法和实验结论,题目难度不大。
4.在“探究影响滑动摩擦力大小的因素”实验中,将木块放在水平木板上,用弹簧测力计沿水平方向拉动木块做匀速直线运动。
(1)甲图中,弹簧测力计示数为 2.6 N;若加速拉动木块,木块受到的滑动摩擦力的大小将 不变 ;
(2)实验中使用砝码是为了改变 压力 ;
(3)通过比较 乙、丙 两图可探究“滑动摩擦力大小与接触面粗糙程度的关系”;
(4)在此实验的基础上,添加 小球和斜面 器材还可以“探究影响物体动能大小的因素”。
【分析】(1)(2)(3)弹簧测力计读数时,先确定分度值,然后根据指针位置读数;
滑动摩擦力的大小与压力的大小和接触面的粗糙程度有关,与运动速度无关,运用控制变量法进行分析;
本实验中,木块对木板的压力大小等于物体的重力大小,据此分析;
(4)“探究影响物体动能大小的因素”实验时,应添加小球和斜面。
【解答】解:(1)甲图中,弹簧测力计的分度值为0.2N,示数为2.6N;
滑动摩擦力的大小与压力大小和接触面的粗糙程度有关,与物体的运动速度无关,所以加速拉动木块,木块受到的滑动摩擦力的大小将不变;
(2)在木块上加放砝码,增大了压力,实验中使用砝码是为了改变压力;
(3)要探究滑动摩擦力大小与接触面粗糙程度的关系,需保持压力大小相同,改变接触面的粗糙程度,所以应选择乙、丙两图;
(4)在此实验的基础上,添加小球和斜面等器材还可以“探究影响物体动能大小的因素”。比如可以让小球从不同高度滚下撞击木块,通过观察木块移动的距离来探究动能与速度的关系等。
故答案为:(1)2.6;不变;(2)压力;(3)乙、丙;(4)小球和斜面。
【点评】本题探究影响滑动摩擦力大小的因素,考查了转换法、控制变量法的运用,体现了对实验过程和实验原理的考查。
5.如图所示,是小周“测量滑动摩擦力”的实验。
(1)把木块放在水平桌面上,小周用轻质弹簧测力计水平向右拉动木块,使其做匀速直线运动,当弹簧测力计的示数F1稳定时如图所示,为 3.6 N。
(2)小周在桌面上铺上毛巾,再重复上面的实验,此时弹簧测力计的示数F2 > F1(选填“>”“<”或“=”)。
(3)在此实验中,小周先用4N的水平拉力拉动木块在桌面上运动,然后再用5N的水平拉力拉动木块在桌面上运动,在两次拉动过程中,木块受到的滑动摩擦力的大小 相等 (选填“相等”或“不相等”)。
【分析】(1)根据弹簧测力计的分度值读数。
(2)滑动摩擦力与物体间压力和接触面的粗糙程度有关,在压力一定的情况下,接触面越粗糙,滑动变阻器越大,据此分析答题。
(3)滑动摩擦力由物体间压力和接触面的粗糙程度决定,与物体受到的拉力无关,据此根据题意分析答题。
【解答】解:(1)如图可知,弹簧测力计每两个大格之间有五个小格,所以分度值为0.2N,图中指针指在3N和4N之间的第三个小格处,说明示数为3.6N。
(2)在压力一定的情况下,接触面的粗糙程度越大,滑动摩擦力越大;在桌面上铺上毛巾,重复上面的实验时,物体间压力不变而接触面的粗糙程度变大,滑动摩擦力变大,因此此时弹簧测力计的示数F 2>F1。
(3)因为滑动摩擦力大小只与对接触面的正压力以及接触面之间的粗糙程度有关,两次拉动的过程中,压力与接触面的粗糙程度均不变,所以木块所受滑动摩擦力的大小也不变。
故答案为:(1)3.6;(2)>;(3)相等。
【点评】本题难度不大,知道影响滑动摩擦力大小的因素和二力平衡的条件,即可正确解题。
6.(1)图甲是小盛同学探究“阻力对物体运动的影响”的实验。
①三次实验中,均保持小车从同一斜面同一位置由静止下滑,目的是保证小车到达平面起始端时 速度 相同。在水平面上,小车每次停止时的位置如图甲所示,由三次实验可以看出,水平面越光滑,小车受到的阻力越小,小车滑行的距离就越远,速度减小得越 慢 (选填“快”或“慢”);
②在此实验基础上通过推理可知观点 A (选填“A”或“B”)是正确的;
A.物体的运动不需要力来维持
B.力是维持物体运动的原因
(2)小盛又将小车系上细线,分别倒放、立放在铺有不同材料的水平木板上,用测力计拉动小车,探究“影响滑动摩擦力大小的因素”,实验如图乙所示:
①实验中,沿水平方向 水平方向 拉动测力计,根据二力平衡原理可测出滑动摩擦力的大小 等于弹簧测力计的拉力 ;
②比较第 5、6 两次实验可知,滑动摩擦力大小与接触面积无关;
③比较第4、5两次实验可得结论: 压力一定时,接触面越粗糙,滑动摩擦力越大 。
【分析】(1)①探究“阻力对物体运动的影响”的实验时,应控制小车的初速度相同,改变小车受到的阻力大小,三次实验中,均保持小车从同一斜面同一位置由静止下滑,目的是保证小车到达平面起始端时的初速度相同;
从第1次实验到第3次实验,阻力越来越小,通过的距离越来越大,据此推理回答;
②根据实验现象推理得出结论:物体的运动不需要力来维持,力是改变物体运动状态的原因;
(2)①只有沿水平方向拉着物体做匀速直线运动,物体在水平方向上受到平衡力的作用,根据二力平衡的条件,拉力大小才等于摩擦力的大小;
②③影响滑动摩擦力大小因素有两个:压力大小和接触面的粗糙程度,研究与其中一个因素的关系时,要控制另外一个因素不变,根据图中现象得出结论。
【解答】解:(1)①②三次实验中,均保持小车从同一斜面同一位置由静止下滑,目的是保证小车到达平面起始端时速度相同;在水平面上、小车每次停止时的位置如图甲所示,由实验可以看出,从第1次实验到第3次实验,阻力越来越小,通过的距离越来越大,即小车在阻力越小的表面上速度减小得越慢,运动的距离长,从而推理得出:物体的运动不需要力来维持,故选:A;
(2)①实验中,沿水平方向匀速直线拉动测力计,根据二力平衡原理可测出滑动摩擦力的大小;
②研究滑动摩擦力大小与接触面积的关系,要控制压力和接触面粗糙程度相,故比较第5、6两次实验可知,滑动摩擦力大小与接触面积无关;
③比较第4、5两次实验可知,压力一定时,接触面越粗糙滑动摩擦力越大。
故答案为:(1)①速度;慢;②A;(2)①水平方向;等于弹簧测力计的拉力;②5、6;③接压力一定时,接触面越粗糙,滑动摩擦力越大。
【点评】本题探究阻力对物体运动的影响及影响滑动摩擦力的大小与哪些因素有关,考查实验原理及控制变量法和推理法的运用,体现了对过程和方法的考查。
7.如图所示是“研究影响滑动摩擦力大小因素”的实验装置。
(1)如图甲、乙、丙所示三种情况下,木板和毛巾保持不动,物块在弹簧测力计拉力作用下均做匀速直线运动。则物块所受滑动摩擦力的大小 等于 (填“大于”“等于”或“小于”)弹簧测力计的示数;
(2)比较甲、乙实验,是为了研究滑动摩擦力大小与 压力 的关系;比较乙、丙实验是为了研究滑动摩擦力大小与 接触面的粗糙程度 的关系(均选填“压力”或“接触面的粗糙程度”);
(3)小萌同学对实验装置进行改进,如图丁所示,用力拉动长木板向左运动,物块保持静止时弹簧测力计的示数 等于 (填“大于”“等于”或“小于”)物块所受滑动摩擦力的大小。改进后的实验中小萌同学 不需要 (填“需要”或“不需要”)匀速拉动长木板。
【分析】(1)根据二力平衡的条件分析;
(2)影响滑动摩擦力大小因素有两个:压力大小和接触面的粗糙程度,研究与其中一个因素的关系时,要控制另外一个因素不变,据此分析回答;
(3)如图丁所示,物块相对地面处于静止状态,由二力平衡条件分析。
【解答】解:(1)如图甲、乙、丙所示三种情况下,木板和毛巾保持不动,物块在弹簧测力计拉力作用下均做匀速直线运动,物块在水平方向上受到平衡力的作用,则物块所受滑动摩擦力的大小等于弹簧测力计的示数;
(2)甲、乙实验中,压力不同,比较甲、乙实验,是为了研究滑动摩擦力大小与压力的关系;乙、丙实验中接触面粗糙程度不同,比较乙、丙实验是为了研究滑动摩擦力大小与接触面的粗糙程度的关系;
(3)如图丁所示,物块相对地面处于静止状态,受到测力计的拉力与受到长木板施加的滑动摩擦力为一对平衡力,大小相等,方向相反,故用力拉动长木板向左运动,物块保持静止时弹簧测力计的示数等于物块所受滑动摩擦力的大小。改进后的实验中小萌同学不需要匀速拉动长木板。
故答案为:(1)等于;(2)压力;接触面的粗糙程度;(3)等于;不需要。
【点评】本题探究滑动摩擦力的大小与哪些因素有关,考查实验原理及控制变量法的运用和对实验方案的改进,体现了对过程和方法的考查。
8.同学们在观看冰壶比赛时,发现了如下两个现象:
现象一:运动员蹬冰脚的鞋底为橡胶制成,滑行脚的鞋底为塑料制成。
现象二:运动员蹬冰时要用力。
他们认为上述现象与摩擦力的知识有关,于是提出了“滑动摩擦力的大小与什么因素有关”的问题,并进行了如下探究。
【猜想与假设】根据同学们的发现,猜想滑动摩擦力的大小可能与 接触面粗糙程度 和 压力大小 有关。
【设计并进行实验】
用弹簧测力计水平拉动木块,使它沿水平长木板匀速滑动,测出木块受到的滑动摩擦力。进行了三次实验,如图所示。
【分析与论证】
(1)甲图中,木块受到的滑动摩擦力为 0.6 N。
(2)对比乙、丙两图,可得结论: 压力相同时,接触面越粗糙,滑动摩擦力越大 。
(3)许多情况下摩擦是有用的,人们常常设法增大它。请列举在冰壶运动中增大摩擦的措施,并利用实验结论进行解释。(至少写出一例) 蹬冰脚鞋底用橡胶制成,在压力一定时,增大接触面粗糙程度可增大摩擦 。
【分析】【猜想与假设】根据两种鞋底材料不同猜想;运动员蹬冰时要用力,据此回答;
【分析与论证】
(1)根据测力计分度值读数;
(2)影响滑动摩擦力大小因素有两个:压力大小和接触面的粗糙程度,研究与其中一个因素的关系时,要控制另外一个因素不变,据此分析回答;
(3)在压力一定时,接触面越粗糙,摩擦力越大。
【解答】解:
【猜想与假设】运动员蹬冰脚的鞋底为橡胶制成,滑行脚的鞋底为塑料制成,鞋底材料不同,猜想滑动摩擦力的大小可能与的接触面粗糙程度有关,运动员蹬冰时要用力,可能滑动摩擦力的大小可能与压力大小有关;
【分析与论证】
(1)甲图中,测力计分度值为0.2N,木块受到的滑动摩擦力为0.6N;
(2)对比乙、丙两图,压力相同,丙中接触面粗糙,丙中测力计示数大,故可得结论:压力相同时,接触面越粗糙,滑动摩擦力越大;
(3)蹬冰脚鞋底用橡胶制成,在压力一定时,增大接触面粗糙程度可增大摩擦。
故答案为:
【猜想与假设】接触面粗糙程度;压力大小;
【分析与论证】
( 1 ) 0.6;
(2)压力相同时,接触面越粗糙,滑动摩擦力越大;
(3)蹬冰脚鞋底用橡胶制成;在压力一定时,接触面越粗糙,摩擦力越大。
【点评】本题探究滑动摩擦力的大小与哪些因素有关,考查实验原理及控制变量法的运用,体现了对过程和方法的考查。
9.冰壶运动被称为“冰上围棋”,比赛充满了智慧。冰壶比赛时,运动员有时要不断地擦冰,这是为了改变冰壶受到的滑动摩擦力。为此,小兰和小海一起对影响滑动摩擦力大小的因素进行探究。
(1)小兰和小海分别采用如图甲、乙所示方式,使木块沿水平长木板做匀速直线运动。木块受到的滑动摩擦力大小Ff1与弹簧测力计示数相等的是图 甲 的方式,依据的是 二力平衡 知识。
(2)按图甲的做法,在木块上加放砝码,改变木块对长木板的压力,测出此种情况下的滑动摩擦力Ff2,发现Ff2>Ff1。这说明接触面受到的压力越大,滑动摩擦力越 大 。换用材料相同但表面更粗糙的长木板,保持木块上的砝码不变,测出此种情况下的滑动摩擦力Ff3,发现Ff3>Ff2。这说明接触面越 粗糙 ,滑动摩擦力越大。
(3)冰壶运动员在比赛过程中不断地擦冰,这是通过改变接触面的粗糙程度来 减少 摩擦的,目的是使冰壶在冰面上运动的距离更 远 一些。
【分析】(1)实验中,需用弹簧测力计沿水平方向拉动木块在水平面上做匀速直线运动,此时拉力与摩擦力为平衡力的关系,大小相等,读出测力计的示数,便可知摩擦力大小;
(2)二力平衡的条件:作用在同一个物体上的两个力,大小相等,方向相反,作用在同一条直线上;
(3)滑动摩擦力的大小与压力大小和接触面的粗糙程度有关,在探究时,要运用控制变量法,对照表中数据逐一进行探究并得出结论;
(4)用弹簧测力计水平匀速拉动物块,物块做匀速直线运动,处于平衡状态,由平衡条件可知,滑动摩擦力等于测力计的示数;
(5)增大摩擦力的方法有:一是增大压力;二是增大接触面积的粗糙程度;三是用滑动摩擦代替滚动摩擦。
【解答】解:(1)实验中,用弹簧测力计沿水平方向拉动木块做匀速直线运动,故使用图甲的方式,此时拉力与摩擦力是一对平衡力,根据二力平衡原理,摩擦力大小等于拉力大小;
(2)按图甲的做法,在木块上加放砝码,改变木块对长木板的压力,测出此种情况下的滑动摩擦力Ff2,发现Ff2>Ff1,说明压力越大,滑动摩擦力就越大;换用材料相同但表面更粗糙的长木板,保持木块上的砝码不变,测出此种情况下的滑动摩擦力Ff3,发现Ff3>Ff2,说明接触面越粗糙,滑动摩擦力就越大;
(3)冰壶运动中,刷冰可以改变冰壶受到的摩擦力,是通过减小接触面的粗糙程度来减小滑动摩擦力的;冰壶在水平面上受到的阻力越小,运动的距离就越远;
故答案为:(1)甲;二力平衡;(2)大;粗糙;(3)减少;远。
【点评】本题探究滑动摩擦力的大小与哪些因素有关,考查实验原理及控制变量法的运用和对实验方案的评估,体现了对过程和方法的考查。
10.小智发现妈妈购买的防滑地垫的A面比B面更粗糙,为了比较A、B两个面的防滑性,小智利用商家赠送的小块地垫样品和弹簧测力计进行了下列探究:
(1)如图甲、乙,分别将B、A面与同一水平地面接触,用弹簧测力计水平 匀速直线 拉动小块地垫,根据 二力平衡 原理可知滑动摩擦力大小等于弹簧测力计示数。
(2)小智发现完成甲、乙两次实验测得的滑动摩擦力都很小,比较不出A、B两个面的防滑性,于是又找来一个铁块,在原水平地面上进行了如图丙所示的实验。通过比较甲、丙两次实验,发现当接触面粗糙程度相同时, 压力 越大,滑动摩擦力越 大 。
(3)为了完成探究,保持其他条件不变,在丙图实验的基础上小智只将 A、B两个面对调 ,测出滑动摩擦力的大小为2.2N,通过与丙图实验测得的滑动摩擦力相比,选择地垫 A (填“A”或“B”)面铺在地面上,能更有效地防止地垫在地面上滑动。
【分析】(1)根据二力平衡的条件分析;
(2)(3)影响滑动摩擦力大小因素有两个:压力大小和接触面的粗糙程度,研究与其中一个因素的关系时,要控制另外一个因素不变,根据图中现象得出结论。
【解答】解:(1)实验时用弹簧测力计沿水平方向拉动木块,使其在水平桌面上做匀速直线运动,根据二力平衡原理,可知滑动摩擦力的大小等于拉力的大小;
(2)比较甲、丙两次实验,得出结论:接触面粗糙程度相同时,丙中压力大,测力计示数也大,即压力越大,滑动摩擦力越大;
(3)探究滑动摩擦力的大小与接触面粗糙程度的关系,要控制压力大小相同,故将A、B两个面对调,可探究滑动摩擦力的大小与接触面粗糙程度的关系,地垫A面铺在地上时,弹簧测力计的示数大,能更有效地防止地垫在地面上滑动;
故答案为:(1)匀速直线;二力平衡;(2)压力;大;(3)A、B两个面对调;A。
【点评】本题探究滑动摩擦力的大小与哪些因素有关,考查实验原理、测力计读数及控制变量法的运用,体现了对过程和方法的考查。
11.在“研究影响滑动摩擦力大小的因素”实验中,将木块放在水平木板上,用弹簧测力计沿水平方向拉动木块做匀速直线运动。
(1)甲图中,弹簧测力计示数为 2.6 N,根据 二力平衡 原理可得,此时木块受到的滑动摩擦力与木块受到的拉力大小相等。
(2)比较甲、乙两图可得:在接触面粗糙程度相同时, 压力 越大,滑动摩擦力越大。
(3)通过比较 乙、丙 两图可探究:滑动摩擦力大小与接触面粗糙程度的关系。
【分析】(1)弹簧测力计读数时,先确定分度值,然后根据指针位置读数;
用弹簧测力计沿水平方向匀速拉动物体时,物体所受的拉力和滑动摩擦力是一对平衡力,根据二力平衡的知识,滑动摩擦力大小等于拉力大小;
(2)(3)滑动摩擦力的大小与压力的大小和接触面的粗糙程度有关,运用控制变量法进行分析。
【解答】解:(1)甲图中,弹簧测力计的分度值为0.2N,示数为2.6N;
用弹簧测力计沿水平方向匀速拉动物体时,物体所受的滑动摩擦力和拉力是一对平衡力,根据二力平衡的知识,滑动摩擦力大小等于拉力大小;
(2)甲、乙两次实验中,接触面的粗糙程度相同,图乙中物块对水平面的压力大,弹簧测力计的示数大,由此可知:在接触面粗糙程度相同时,压力越大,滑动摩擦力越大;
(3)乙、丙两次实验中,压力相同,接触面粗糙程度不同,根据控制变量法,通过比较乙、丙两图可探究:滑动摩擦力大小与接触面粗糙程度的关系。
故答案为:(1)2.6;二力平衡;(2)压力;(3)乙、丙。
【点评】本题探究影响滑动摩擦力大小的因素,考查了转换法、控制变量法的运用,体现了对实验过程和实验原理的考查。
12.小丹选取了两个弹簧测力计、细线、棉布、木板、重为10N和15N的两个木块(表面粗糙程度相同)等器材,探究滑动摩擦力大小与哪些因素有关。
(1)小丹水平匀速直线拉动木块,利用 二力平衡 条件可知木块所受摩擦力大小等于弹簧测力计的示数。她分别做了如图甲、乙、丙所示三次实验。
①分析甲、乙两次实验,可以得出接触面粗糙程度相同时,压力越大,滑动摩擦力 越大 的结论;
②分析甲、丙两次实验,可以得出压力相同时,接触面 越粗糙 ,滑动摩擦力越大的结论;
③小丹从上述实验联想到生活中瓶盖上设计了花纹,可用 ② (填“①”或“②”)的结论进行解释。
(2)她想继续探究滑动摩擦力大小与物体的重力大小是否有关,利用图甲实验做对比分析,又设计了如图丁所示的实验,使弹簧测力计A始终保持竖直状态,并调整高度,使其示数为 5 N,拉动木板,当木块相对于地面静止时,弹簧测力计B的示数为1N,分析可得滑动摩擦力大小与物体重力大小 无关 。
【分析】(1)根据二力平衡的条件分析;
影响滑动摩擦力大小因素有两个:压力大小和接触面的粗糙程度,研究与其中一个因素的关系时,要控制另外一个因素不变,据此分析回答;
(2)探究滑动摩擦力大小与物体的重力大小是否有关,需要控制压力和接触面的粗糙程度相同,改变物体的重力,根据实验现象得出结论。
【解答】解:沿水平方向匀速拉动木块,木块在水平方向上受到平衡力的作用,根据二力平衡知识,弹簧测力计对木块的拉力大小等于滑动摩擦力的大小;
(1)①通过对比甲、乙两次实验可知:接触面粗糙程度相同时,压力越大,滑动摩擦力越大;
②通过对比甲、丙两次实验可知:压力相同时,接触面越粗糙,滑动摩擦力越大;
③从上述实验联想到生活中瓶盖上设计了花纹,可用②的结论进行解释
(2)探究滑动摩擦力大小与物体的重力大小是否有关,需要控制压力和接触面的粗糙程度相同,所以弹簧测力计的示数是5N时,木块对木板的压力都是10N,拉动木板,当木块相对于地面静止时,弹簧测力计B的示数为1N,分析可得滑动摩擦力大小与物体重力大小无关。
故答案为:(1)二力平衡;①.越大;②.越粗糙;③.②;(2)5;无关。
【点评】本题探究滑动摩擦力的大小与哪些因素有关,考查实验原理及控制变量法的运用和对实验方案的改进,体现了对过程和方法的考查。
13.如图,是“探究影响滑动摩擦力大小的因素”的实验。
(1)本次实验前,应在 水平 方向上对弹簧测力计进行调零。
(2)如图﹣1,沿水平方向拉动木块,使其做匀速直线运动,木块受到的拉力大小 等于 (选填“大于”“小于”或“等于”)木块受到的滑动摩擦力大小。
(3)如图﹣1,用弹簧测力计沿水平方向拉动木块,使其做速度大小不同的匀速直线运动。发现弹簧测力计的示数不变,说明滑动摩擦力的大小与物体运动速度的大小 无关 (选填“有关”或“无关”)。
(4)如图﹣2,在木块上加放钩码,沿水平方向拉动木块,使其做匀速直线运动。改变钩码的数量,多次实验后得出结论:其他条件一定时,压力越大,滑动摩擦力越 大 。
【分析】(1)(2)根据二力平衡的条件分析;测力计使用前要在测力的方向上调零;
(3)根据实验得出结论;
(4)影响滑动摩擦力大小因素有两个:压力大小和接触面的粗糙程度,研究与其中一个因素的关系时,要控制另外一个因素不变,据此分析回答。
【解答】解:(1)用弹簧测力计沿水平方向拉着物体做匀速直线运动,木块在水平方向上受到平衡力的作用,根据二力平衡的条件,弹簧测力计的示数等于摩擦力的大小,故本次实验前,应在水平方向上对弹簧测力计进行调零;
(2)如图﹣1,沿水平方向拉动木块,使其做匀速直线运动,木块受到的拉力大小等于木块受到的滑动摩擦力大小;
(3)如图﹣1,用弹簧测力计沿水平方向拉动木块,使其做速度大小不同的匀速直线运动。发现弹簧测力计的示数不变,说明滑动摩擦力的大小与物体运动速度的大小无关;
(4)如图﹣2,在木块上加放钩码,物体对支持面的压力变大,沿水平方向拉动木块,使其做匀速直线运动。改变钩码的数量,多次实验后得出结论:其他条件一定时,压力越大,滑动摩擦力越大。
故答案为:(1)水平;(2)等于;(3)无关;(4)大。
【点评】本题探究滑动摩擦力的大小与哪些因素有关,考查实验原理及控制变量法的运用,体现了对过程和方法的考查。
14.某兴趣小组在探究“滑动摩擦力的大小与什么因素有关”时,用同一木块分别做了如图所示的甲、乙、丙三次实验。
(1)甲、乙、丙三次实验中以相同速度沿水平方向匀速拉动木块,根据二力平衡知识,弹簧测力计对木块的拉力大小 等于 滑动摩擦力的大小(选填“大于”、“等于”或“小于”);
(2)通过对比甲、乙两次实验可知:在接触面的粗糙程度相同时, 压力 越大,滑动摩擦力越大;
(3)通过对比 甲、丙 两次实验可知:在压力相同时,接触面越粗糙,滑动摩擦力越大;
(4)兴趣小组的同学利用甲图实验装置继续探究滑动摩擦力与速度的关系,改变拉动木块的速度,进行实验,记录的实验数据如下表:
实验次数 1 2 3 4
运动速度(m/s) 0.3 0.4 0.5 0.6
测力计的示数(N) 1.2 1.2 1.2 1.2
分析实验数据可知:滑动摩擦力的大小与物体运动的速度 无关 (选填“有关”或“无关”);
(5)小组交流讨论时发现:在实验中很难使木块做匀速直线运动,于是小伟设计了如图丁所示的实验装置,该装置的优点是 不需要 长木板B做匀速直线运动(选填“需要”或“不需要”)。
【分析】(1)根据二力平衡的条件分析弹簧测力计对木块的拉力大小与滑动摩擦力的大小关系;
(2)(3)影响摩擦力的因素有两个:压力大小和接触面的粗糙程度,实验中要采用控制变量法;
(4)从数据中观察速度的大小是否对弹簧测力计的拉力构成了影响,从而进行判断;
(5)根据丁图所示的实验装置可知,A相对于地面静止,根据力的平衡分析。
【解答】解:(1)实验时,用弹簧测力计水平拉动木块,使其在水平桌面上做匀速直线运动,木块处于平衡状态,在水平方向上受到拉力和滑动摩擦力的作用,根据二力平衡知识,拉力的大小等于滑动滑动摩擦力的大小。
(2)由甲、乙两次实验可知,两次实验中接触面的粗糙程度相同,图乙中木块对木板的压力比图甲中木块对木板的压力大,图乙中弹簧测力计的示数比图甲中弹簧测力计的示数大,即图乙中木块受到的摩擦力比图甲中木块受到的摩擦力大,因此由甲、乙两次实验可知,在接触面的粗糙程度相同时,压力越大,滑动摩擦力越大;
(3)由甲、丙两次实验可知,两次实验中压力大小相同,图丙中毛巾的粗糙程度比图甲中的木板的粗糙程度大,图丙中弹簧测力计的示数比图甲中弹簧测力计的示数大,即图乙中木块受到的摩擦力比图甲中木块受到的摩擦力大,因此通过对比甲、丙两次实验可知:在压力相同时,接触面越粗糙,滑动摩擦力越大;
(4)从表格中的数据可以看出,四次实验中木块运动的速度越来越大,而拉力的大小却始终不变,即摩擦力大小不变,因此滑动摩擦力的大小与物体运动的速度无关;
(5)丁图所示的实验装置,木块A相对于地面静止,木块受到的滑动摩擦力与木块对木板的压力、接触面的粗糙程度有关,与木板运动的速度无关,因此无论怎样拉动木板,木块受到的滑动摩擦力大小不变,木块受到的滑动滑动摩擦力和弹簧测力计的拉力为一对平衡力,弹簧测力计的示数不变;则该装置的优点是不需要长木板做匀速直线运动。
故答案为:(1)等于;(2)压力;(3)甲、丙;(4)无关;(5)不需要。
【点评】本题探究滑动摩擦力的大小与哪些因素有关,考查实验原理及控制变量法的运用,体现了对过程和方法的考查。
15.如图是探究滑动摩擦力大小与哪些因素有关的实验情景。
(1)将木块平放在水平木板上,用弹簧测力计水平拉动木块,使木块做 匀速直线 运动。
(2)由图甲可知:此时木块受到的滑动摩擦力大小为 1.2 N。
(3)由图乙和图丙可知:在其他条件相同的情况下,压力越大,滑动摩擦力越 大 。
(4)本实验产生误差的原因是: 很难控制木块做匀速直线运动 。(写一条即可)
【分析】(1)(2)根据二力平衡的条件分析;
(3)影响滑动摩擦力大小因素有两个:压力大小和接触面的粗糙程度,研究与其中一个因素的关系时,要控制另外一个因素不变,根据图找出相同的量和变化的量,分析得出结论摩擦力与变化量的关系;
(4)实验过程中用手拉弹簧测力计很难控制木块做匀速直线运动,运动过程中弹簧测力计的指针不稳定不方便读数。
【解答】解:(1)只有沿水平方向拉着物体做匀速直线运动,物体在水平方向上受到平衡力的作用,拉力大小才等于摩擦力的大小;
(2)甲图中弹簧测力计的分度值为0.2N,弹簧测力计的示数是1.2N;因为木块处于匀速直线运动状态,则木块在水平方向上受到了摩擦力和拉力是一对平衡力,弹簧测力计对木块的拉力与木块受到摩擦力的大小相等,即木块受到的滑动摩擦力大小为1.2N;
(3)由图乙和图丙两次实验接触面的粗糙程度是一定的,压力是不同的,弹簧测力计的示数不同即摩擦力是不同的,这就说明摩擦力的大小和压力大小有关,即:接触面粗糙程度一定时,压力越大,摩擦力越大;
(4)本实验产生误差的原因是:用手拉弹簧测力计很难控制木块做匀速直线运动,运动过程中弹簧测力计的指针不稳定不方便读数。
故答案为:(1)匀速直线;(2)1.2;(3)大;(4)很难控制木块做匀速直线运动。
【点评】本题探究滑动摩擦力的大小与哪些因素有关,考查实验原理及控制变量法的运用,体现了对过程和方法的考查。
16.小宁和同学们在“研究影响滑动摩擦力大小的因素”的实验中,水平桌面上的器材有弹簧测力计、长方体木块、砝码、长木板和毛巾,实验过程如图所示。
(1)实验中,用弹簧测力计水平拉动长方体木块,沿长木板做匀速直线运动,根据 二力平衡 知识可知,弹簧测力计对木块的拉力与木块受到的滑动摩擦力的大小 相等 。
(2)第一次测量过程中弹簧测力计的示数如图甲所示,F1= 1.2 N。
(3)比较甲、乙两次实验可研究滑动摩擦力大小与 压力大小 的关系。
(4)比较 乙、丙 两次实验所得的结论,可以解释鞋底做得凹凸不平的原因。
(5)从本实验的器材中,选取长方体木块和 砝码 ,再添加 海绵 还可以做“探究影响压力作用效果的因素”的实验。
【分析】(1)利用二力平衡的条件,通过弹簧测力计的示数来得到摩擦力的大小;
(2)根据图甲弹簧测力计的分度值读出示数;
(3)(4)影响滑动摩擦力大小因素有两个:压力大小和接触面的粗糙程度,研究与其中一个因素的关系时,要控制另外一个因素不变,根据图中现象得出结论;使用控制变量法来探究滑动摩擦力和压力大小以及接触面的粗糙程度的关系;
(5)要探究“影响压力作用效果的因素”,需改变压力和使压力的作用效果明显的看出来,据此判断出添加的实验器材。
【解答】解:(1)实验中,木块沿水平方向做匀速直线运动,木块处于平衡状态,由二力平衡知识可知,弹簧测力计对木块的拉力等于木块受到的滑动摩擦力的大小;
(2)由图甲可知,弹簧测力计的分度值为0.2N,示数为1.2N;
(3)甲、乙实验中,接触面的粗糙程度相同,压力不同,故两次实验可探究滑动摩擦力大小与压力大小的关系;
(4)由乙、丙两次实验可知,压力大小相同,接触面越粗糙,弹簧测力计的示数越大,滑动摩擦力就越大,所以鞋底做得凹凸不平;
(5)选取本次实验中的长方体木块和砝码,再添加海绵可以做“探究影响压力作用效果的因素”的实验。
故答案为:(1)二力平衡;相等;(2)1.2;(3)压力大小;(4)乙、丙;(5)砝码;海绵。
【点评】本题考查了滑动摩擦力大小和哪些因素有关的综合实验题,属于中档题。
17.某兴趣小组在“探究影响滑动摩擦力大小因素”时的改进实验装置如图所示。
(1)该实验装置的优点在于:不需要匀速拉动木板也能测量滑动摩擦力的大小,原因是木块B相对桌面始终处于静止状态,弹簧测力计的示数等于物体B受到的 摩擦 力的大小,该实验的原理是 二力平衡 (选填“二力平衡”或“受力不平衡”);
(2)实验数据如表所示:
实验 接触面 压力情况 弹簧测力计示数/N
1 木板面 木块 3.3
2 木板面 木块+砝码 4.5
3 毛巾面 木块 5.1
①对比实验1和2:在接触面粗糙程度相同时,压力 越大 (选填“越大”或“越小”),滑动摩擦力越大;
②对比实验 1、3 :在接触面所受的压力相同时,接触面越粗糙,滑动摩擦力 越大 (选填“越大”或“越小”);
③本实验除了转换法,还使用的物理实验方法是 控制变量法 ;
(3)同学们还想探究滑动摩擦力的大小与接触面积是否有关,于是将木块B沿竖直方向切去一半,这种做法不合理。请说明理由: 没有控制压力大小相同 。
【分析】(1)弹簧测力计显示拉力大小,运用了转换法,要使滑动摩擦力等于拉力大小,使拉力和滑动摩擦力是平衡力;
(2)滑动摩擦力的大小和压力及接触面的粗糙程度有关,探究其中任何一个因素,都要控制另一因素不变,这是利用了控制变量法;
滑动摩擦力与压力大小的关系:接触面的粗糙程度相同,压力越大,滑动摩擦力越大;
滑动摩擦力与接触面粗糙程度的关系:压力相同,接触面越粗糙,滑动摩擦力越大;
(3)探究滑动摩擦力与面积的关系,要控制压力大小和接触面粗糙程度相同。
【解答】解:(1)当拉动长木板运动的过程中,木块B保持静止状态,根据二力平衡的条件知:此时弹簧测力计的示数等于摩擦力的大小;
(2)①实验1和2接触面粗糙程度相同,增加砝码使得压力增大,压力越大,弹簧测力计示数越大,滑动摩擦力越大,所以实验1和2探究滑动摩擦力大小跟压力大小的关系,在接触面粗糙程度相同时,压力越大,滑动摩擦力越大;
②实验1、3压力相同,接触面越粗糙,滑动摩擦力越大,所以实验1、3探究滑动摩擦力大小跟接触面粗糙程度的关系,在接触面所受的压力相同时,接触面越粗糙,滑动摩擦力越大;
③本实验用了转换法和控制变量法;
(3)想探究滑动摩擦力与接触面积的关系,要控制压力大小和接触面粗糙程度相同,他将木块B竖直方向切去一部分,压力大小也发生了改变,没有控制压力大小相同,故他的探究过程不正确。
故答案为:(1)摩擦;二力平衡;(2)①越大;②1、3;越大;③控制变量法;(3)没有控制压力大小相同。
【点评】本题探究滑动摩擦力的大小与哪些因素有关,考查实验原理及控制变量法的运用,体现了对过程和方法的考查。
18.用木块、木板、毛巾、棉布、弹簧测力计、金属块等器材做“探究影响滑动摩擦力大小因素”实验。
(1)如图所示,将木块置于水平木板上,应水平拉动木块,使它沿长木板做 匀速 直线运动;
(2)实验中应选择木板、棉布、毛巾是为了改变 接触面的粗糙程度 ;
(3)在图示情况下,做以下调整后再次水平拉动木块,其中会改变木块所受滑动摩擦力大小的有 ③④ (填序号)。
①增大拉力
②加大拉动木块的速度
③把木块沿竖直方向截掉一部分
④在木块上加金属块
【分析】(1)根据二力平衡的知识可知,用弹簧测力计水平方向匀速拉动木块时,弹簧测力计的拉力等于滑动摩擦力的大小;
(2)摩擦力与压力和接触面的粗糙程度有关;
(3)影响滑动摩擦力大小因素有两个:压力大小和接触面的粗糙程度,据此逐项分析各选项得出答案。
【解答】解:(1)如图,将木块置于水平木板上,用弹簧测力计在水平方向上匀速拉动木块,读出弹簧测力计示数,根据二力平衡知识即可知滑动摩擦力的大小;
(2)实验选用粗糙程度不同的表面,是在压力一定,改变接触面的粗糙程度改变摩擦力;
(3)①增大拉力,木块对木板的压力不变,接触面的粗糙程度不变,因此木块所受滑动摩擦力大小不变,故①不符合题意;
②加大拉动木块的速度,木块对木板的压力不变,接触面的粗糙程度不变,因此木块所受滑动摩擦力大小不变,故②不符合题意;
③把木块沿竖直方向截掉一部分,受力面积变小,压力也变小,接触面的粗糙程度不变,因此木块所受滑动摩擦力变小,故③符合题意;
④在木块上加金属块,压力变大,接触面的粗糙程度不变,因此木块所受滑动摩擦力变大,故④符合题意;
综上所述,其中会改变木块所受滑动摩擦力大小的有③④。
故答案为:(1)匀速;(2)接触面的粗糙程度;(3)③④。
【点评】此题是探究影响滑动摩擦力的因素,主要考查了对二力平衡条件的应用及控制变量法;在此实验中要水平拉动木块做匀速直线运动,要研究滑动摩擦力与一个量的关系,需要控制另一个量不变。
19.冰壶比赛时,运动员有时要不断地擦冰,这是为了改变冰壶受到的滑动摩擦力。为此小兰和小海一起对影响滑动摩擦力大小的因素进行探究。
(1)小兰和小海分别采用如图甲、乙,使木块沿水平长木板做 匀速直线运动 运动。木块受到的滑动摩擦力Ff1与弹簧测力计示数相等的是图 甲 的方式,依据的是 二力平衡 知识;
(2)按图甲的做法,在木块上加放砝码,改变木块对长木板的压力,测出此种情况下的滑动摩擦力Ff2,发现Ff2>Ff1。这说明接触面受到的压力越大,滑动摩擦力越 大 ,换用材料相同但表面更粗糙的长木板,保持木块上的砝码不变,测出此种情况下的滑动摩擦力Ff3,发现Ff3>Ff2,这说明接触面越 粗糙 ,滑动摩擦力越大;
(3)冰壶运动员在比赛过程中不断地擦冰,这是通过改变接触面的粗糙程度来 减少 摩擦的,目的是使冰壶在冰面上运动的距离更 远 一些。
【分析】(1)实验中,需用弹簧测力计沿水平方向拉动木块在水平面上做匀速直线运动,此时拉力与摩擦力为平衡力的关系,大小相等,读出测力计的示数,便可知摩擦力大小;
(2)二力平衡的条件:作用在同一个物体上的两个力,大小相等,方向相反,作用在同一条直线上;
(3)滑动摩擦力的大小与压力大小和接触面的粗糙程度有关,在探究时,要运用控制变量法,对照表中数据逐一进行探究并得出结论;
(4)用弹簧测力计水平匀速拉动物块,物块做匀速直线运动,处于平衡状态,由平衡条件可知,滑动摩擦力等于测力计的示数;
(5)增大摩擦力的方法有:一是增大压力;二是增大接触面积的粗糙程度;三是用滑动摩擦代替滚动摩擦。
【解答】解:(1)实验中,用弹簧测力计沿水平方向拉动木块做匀速直线运动,故使用图甲的方式,此时拉力与摩擦力是一对平衡力,根据二力平衡原理,摩擦力大小等于拉力大小;
(2)按图甲的做法,在木块上加放砝码,改变木块对长木板的压力,测出此种情况下的滑动摩擦力Ff2,发现Ff2>Ff1,说明压力越大,滑动摩擦力就越大;换用材料相同但表面更粗糙的长木板,保持木块上的砝码不变,测出此种情况下的滑动摩擦力Ff3,发现Ff3>Ff2,说明接触面越粗糙,滑动摩擦力就越大;
(3)冰壶运动中,刷冰可以改变冰壶受到的摩擦力,是通过减小接触面的粗糙程度来减小滑动摩擦力的;冰壶在水平面上受到的阻力越小,运动的距离就越远;
故答案为:(1)匀速直线运动;甲;二力平衡;(2)大;粗糙;(3)减少;远。
【点评】本题探究滑动摩擦力的大小与哪些因素有关,考查实验原理及控制变量法的运用和对实验方案的评估,体现了对过程和方法的考查。
20.在“探究影响滑动摩擦力大小因素”的实验中,小明做了如图所示的3次实验。
(1)比较图中甲、丙两次实验,是为了探究滑动摩擦力大小与 接触面的粗糙程度 的关系;
(2)小明做图甲中实验时,拉力随时间变化的图象如图A所示,木块的速度随时间变化的图象如图B所示,则第7s时木块所受的摩擦力为 3 N;
(3)如图C所示,实验时变速拖动长木板,此时木块所受摩擦力大小为 1.5 N。
【分析】(1)影响滑动摩擦力大小因素有两个:压力大小和接触面的粗糙程度,研究与其中一个因素的关系时,要控制另外一个因素不变,据此分析回答;
(2)根据图B可知,木块在2﹣6s做匀速直线运动,由A图,根据二力平衡可知木块受到的摩擦力大小;根据压力大小和接触面的粗糙程度不变,可得出7s时木块所受的摩擦力;
(3)如图C所示,木块相对地面处于静止状态,根据二力平衡原理分析回答。
【解答】解:(1)比较图中甲、丙两次实验,压力大小相同,而接触面粗糙程度不同,是为了探究滑动摩擦力与接触面粗糙程度的关系。
(2)根据图B可知,木块在2~6s做匀速直线运动,由A图可知,此时的拉力为3N,根据二力平衡的条件可知,木块受到的摩擦力为3N;因压力大小和接触面的粗糙程度不变,则7s时木块所受的摩擦力不变,仍为3N。
(3)如图C所示,木块相对地面处于静止状态,受到挂在墙上的弹簧测力计的拉力与受到木板施加的滑动摩擦力为一对平衡力,大小相等,方向相反,墙上弹簧测力计的分度值为0.1N,示数为1.5N,故木块所受摩擦力大小为1.5N。
故答案为:(1)接触面的粗糙程度;(2)3;(3)1.5。
【点评】本题探究滑动摩擦力的大小与哪些因素有关,考查实验原理及控制变量法的运用和对实验方案的改进,体现了对过程和方法的考查。
21.在探究“滑动摩擦力大小与哪些因素有关”的实验中,小明用弹簧测力计拉同一木块依次进行了三次正确的实验操作,实验情景如图甲、乙、丙所示:
(1)在图乙中,木块受到的滑动摩擦力大小等于 3.4 N;
(2)通过上述实验,可知影响滑动摩擦力大小的因素有 压力 和 接触面粗糙程度 ;
(3)在某次实验中,小明拉动木块在木板上运动,木块运动的路程﹣时间图象如图丁所示。若用F1和F2分别表示0~t1和t1~t2时间内弹簧测力计的示数,则可判断F1 = (选填“>”、“<”或“=”)F2;
(4)实验中,如果弹簧测力计的示数不稳定,原因可能是 B (填字母);
A.木板过长
B.木板的粗糙程度不均匀
C.木块运动的速度太小
(5)在老师的指导下,小明同学对实验装置进行了改进,如图戊所示,发现操作效果更好。实验装置改进后的好处是 不需要控制木板做匀速直线运动,方便实验操作 。
【分析】(1)根据二力平衡的条件分析;
(2)(3)(4)影响滑动摩擦力大小因素有两个:压力大小和接触面的粗糙程度,研究与其中一个因素的关系时,要控制另外一个因素不变,根据图中现象得出结论;
(5)由图戊可知,拉动木板时物块相对地面保持不动,物块处于平衡状态,滑动摩擦力等于测力计的拉力,因此实验时不一定要匀速拉动长木板,就可以得到滑动摩擦力的大小。
【解答】解:(1)用弹簧测力计匀速拉动木块,木块处于平衡状态,受到的是平衡力作用,根据二力平衡条件可知,木块受到的拉力大小与摩擦力大小相等。图乙中,弹簧测力计的分度值为0.2N,示数为3.4N,即木块受到的摩擦力为3.4N。
(2)甲、乙两图中,接触面粗糙程度相同,压力不同,弹簧测力计示数不同,因此可以说明滑动摩擦力大小与压力大小有关;甲、丙两图中,压力相同,接触面粗糙程度不同,弹簧测力计示数不同,可以说明说明滑动摩擦力大小与接触面粗糙程度有关;因此通过上述实验,可知影响滑动摩擦力大小因素有压力和接触面粗糙程度。
(3)由s﹣t图象可知,木块在0~t1和t1~t2内运动的路程和时间均成正比,说明木块在0~t1和t1~t2内均做匀速直线运动,木块处于平衡状态,摩擦力大小等于拉力大小。木块在0~t1和t1~t2内运动时,接触面粗糙程度不变,对木板压力不变,因此受到的摩擦力不变,受到的拉力相等,即F1=F2。
(4)滑动摩擦力大小与压力和接触面粗糙程度有关,弹簧测力计示数等于摩擦力,如果弹簧测力计的示数不稳定,可能是木板的粗糙程度不均匀,木板过长和木块运动的速度太小都不会影响弹簧测力计的示数的稳定。故B符合题意,AC不符合题意。
故选:B。
(5)由图戊可知,拉动木板时物块相对地面保持不动,物块处于平衡状态,滑动摩擦力等于测力计的拉力,因此实验时不一定要匀速拉动长木板,就可以得到滑动摩擦力的大小。所以,好处是:不需要控制木板做匀速直线运动,方便实验操作;弹簧测力计静止,便于读数。
故答案为:(1)3.4;(2)压力;接触面粗糙程度;(3)=;(4)B;(5)不需要控制木板做匀速直线运动,方便实验操作。
【点评】本题考查探究摩擦力大小与什么因素有关,考查控制变量法、转换法以及二力平衡原理和影响摩擦力大小因素的运用等知识。
22.在“探究影响滑动摩擦力大小的因素”的实验中:
(1)如图甲所示,小明将装有部分文具的文具盒置于水平桌面上,用弹簧测力计水平向右匀速拉动文具盒,这是利用 二力平衡 的原理测出滑动摩擦力的大小;
(2)在实验过程中,小明发现弹簧测力计读数不稳定,于是固定弹簧测力计,通过拉动长木板进行实验,如图乙所示。此时文具盒的所受摩擦力方向 水平向右 ,拉动木板 不需要 (选填“需要”或“不需要”)匀速直线运动;
(3)接着,小明又将橡皮、改正液等物品放入文具盒,重复上述实验,若小明用4N的力拉出木板时,弹簧测力计的示数为1.6N,则此时文具盒与木板之间的摩擦力为 1.6 N。
【分析】(1)测力计水平拉动物体时,测力计显示拉力大小,物体在水平方向上受到拉力和滑动摩擦力的作用,当物体进行匀速直线运动时,滑动摩擦力和拉力是一对平衡力,滑动摩擦力大小等于拉力大小;
(2)改进实验拉动长木板,木块相对地面静止,作用在木块的拉力和摩擦力是一对平衡力,因此拉动长木板不需要匀速拉动;
(3)滑动摩擦力的大小与接触面的粗糙程度和压力大小有关。
【解答】解:(1)只有沿水平方向拉着物体做匀速直线运动,物体在水平方向上受到平衡力的作用,由二力平衡的条件,拉力大小才等于摩擦力的大小。
(2)如图乙所示,此时文具盒水平方向上静止,所受摩擦力方向水平向右。
文具盒与弹簧测力计固定不动,拉动木板运动,该实验设计的优点是:不需要木板做匀速直线运动,便于实验操作。
(3)若小明仍用4N的力拉出木板时,文具盒相对于地面的位置不变,处于静止状态,受到水平向左的拉力和水平向右的摩擦力,它们是一对平衡力,大小相等,所以当弹簧测力计的示数为1.6N时文具盒与木板之间的摩擦力也为1.6N。
故答案为:(1)二力平衡;(2)水平向右;不需要;(3)1.6。
【点评】本题探究滑动摩擦力的大小与哪些因素有关,考查实验原理及控制变量法的运用及对实验方案的改进,体现了对过程和方法的考查。
23.在“探究影响滑动摩擦力大小的因素”实验中,实验小组设计了如图甲所示的实验装置。
(1)实验中,用弹簧测力计沿水平方向拉着木块在水平桌面上做 匀速直线 运动,根据 二力平衡 知识可知滑动摩擦力的大小等于拉力的大小;
(2)比较图中甲和乙两次实验,可以得出 压力一定时,接触面越粗糙 ,滑动摩擦力越大的结论;
(3)图丙中,A和B一起做匀速直线运动时,木块B受到的摩擦力为 0 N;
(4)小名同学将实验方法进行了改进,设计了如图丁的装置来进行实验。实验中,物块所受的摩擦力的方向为水平向 左 ,传送带上面应向 左 运动。
【分析】(1)根据二力平衡的条件分析;
(2)影响摩擦力的因素由压力和接触面的粗糙程度,要探究滑动摩擦力的大小与其中一个因素的关系,要控制另外的一个因素不变,据此分析;
(3)摩擦力的条件:接触面粗糙,两接触面相互接触并挤压,有相对运动或相对运动趋势;
(4)要使木块由静止开始运动,至少要用多大的水平拉力拉木块;
处于静止状态或匀速直线运动状态的物体,受到平衡力作用。
【解答】解:(1)只有沿水平方向拉着物体做匀速直线运动,物体在水平方向上受到平衡力的作用,拉力大小才等于摩擦力的大小,故实验时,用弹簧测力计水平拉动木块,使它沿长木板做匀速直线运动,根据二力平衡知识,滑动摩擦力的大小等于拉力的大小;
(2)比较甲、乙两次实验,压力相同,接触面粗糙程度不同,测力计的示数不同,木块与玻璃的接触面粗糙程度小,测力计示数小,即木块受到的摩擦力小;木块与木板的接触面粗糙程度大,测力计示数大,即木块受到的摩擦力大,可以得出压力一定时接触面越粗糙,滑动摩擦力越大的结论;
(3)B相对于A没有相对运动和相对运动趋势,故木块B受到的摩擦力为0N;
(4)物块在传送带上匀速运动,弹簧测力计对物块的拉力(水平向右)与物块所受滑动摩擦力为一对平衡力,大小相等,方向相反,物块所受滑动摩擦力的方向沿水平向左。
由于物块受到的滑动摩擦力的方向沿水平向左,根据物体间力的作用是相互的,传送带受到物块的摩擦力的方向是水平向右,由于摩擦力阻碍传送带运动,所以传送带上面应向左运动。
故答案为:(1)匀速直线;二力平衡;(2)压力一定时,接触面越粗糙;(3)0;(4)左;左。
【点评】本题探究滑动摩擦力的大小与哪些因素有关,考查实验原理及控制变量法的运用和影响滑动摩擦力大小的两个因素,体现了对过程和方法的考查,最后一问难度较大。
24.某兴趣小组在探究“滑动摩擦力的大小与什么因素有关”时,用同一木块分别做了如图所示的甲、乙、丙三次实验。
(1)甲、乙、丙三次实验中以相同速度沿水平方向 匀速直线 拉动木块,根据二力平衡知识,弹簧测力计对木块的拉力大小 等于 滑动摩擦力的大小(选填“大于”、“等于”或“小于”);
(2)通过对比甲、乙两次实验可知:在接触面的粗糙程度相同时, 压力 越大,滑动摩擦力越大;
(3)通过对比 甲、丙 两次实验可知:在压力相同时,接触面越粗糙,滑动摩擦力越大;
(4)兴趣小组的同学利用甲图实验装置继续探究滑动摩擦力与速度的关系,改变拉动木块的速度,进行实验,记录的实验数据如表:
实验次数 1 2 3 4
运动速度(m/s) 0.3 0.4 0.5 0.6
测力计的示数(N) 1.2 1.2 1.2 1.2
分析实验数据可知:滑动摩擦力的大小与物体运动的速度 无关 (选填“有关”或“无关”)。
【分析】(1)根据二力平衡的条件分析;
(2)(3)影响摩擦力的因素有两个:压力大小和接触面的粗糙程度,实验中要采用控制变量法;
(4)从数据中观察速度的大小是否对弹簧测力计的拉力构成了影响,从而进行判断。
【解答】解:(1)实验时,用弹簧测力计水平拉动木块,使其在水平桌面上做匀速直线运动,物体在水平方向上受到平衡力的作用,根据二力平衡知识,可知拉力的大小等于滑动摩擦力的大小;
(2)甲、乙两次实验接触面的粗糙程度是一定的,压力是不同的,弹簧测力计的示数不同即摩擦力是不同的,这就说明摩擦力的大小和压力大小有关,即:接触面粗糙程度一定时,压力越大,摩擦力越大;
(3)甲、丙两次实验压力是一定的,接触面的粗糙程度是不同的,弹簧测力计的示数不同即摩擦力是不同的,这就说明摩擦力的大小和接触面的粗糙程度有关,即:在压力一定时,接触面越粗糙,滑动摩擦力越大;
(4)从表格中的数据可以看出,四次实验中木块运动的速度越来越大,而拉力的大小却始终不变,因此摩擦力的大小与运动的速度无关。
故答案为:(1)匀速直线;等于;(2)压力;(3)甲、丙;(4)无关。
【点评】本题探究滑动摩擦力的大小与哪些因素有关,考查实验原理及控制变量法的运用,体现了对过程和方法的考查。
25.小成同学探究“滑动摩擦力大小与什么有关”,实验器材如下:长木板(上下表面粗糙程度不同)、长方体木块(每个面粗糙程度都相同,长宽高不等)、弹簧测力计。
(1)实验过程中,将木块放在水平木板上,用弹簧测力计沿水平方向缓缓匀速拉动木块(如图),目的是为了让弹簧测力计示数与木块所受滑动摩擦力大小 相等 。
(2)小成在实验探究时利用下表收集数据,你认为她探究的是滑动摩擦力大小与 压力大小和接触面粗糙程度 的关系。
长木板不同表面 弹簧测力计示数/N
一个木块 两个木块重叠
光滑表面
粗糙表面
(3)小成利用同一个木块探究了滑动摩擦力大小与接触面积是否有关,她改变接触面积的操作是 换用该木块面积不同的侧面置于水平木板上 。
(4)小成发现匀速拉动木块时,不好控制且不方便读数,于是爱思考的她利用木块静止时二力平衡的特点,设计了改进方案(如下表所示),你认为应该采用哪个方案?答: 方案三 。
方案一:用绳子将木块连接到墙上后,通过弹簧测力计拉动下面的长木板 方案二:用绳子将木块连接到墙上后,通过弹簧测力计拉动底部加了轮子的长木板 方案三:通过弹簧测力计将木块连接到墙上后,直接拉动下面的长木板
【分析】此题目是针对滑动摩擦力的探究实验,加上题中的设计方案,对每一步实验进行分析即可。
【解答】解:(1)木块水平方向上受拉力和滑动摩擦力,并保持匀速直线运动状态(即二力平衡状态),因此所受拉力和滑动摩擦力相等。
(2)表格中既有不同的粗糙程度,也有不同的压力(一个木块和两个木块叠放),因此她探究的是滑动摩擦力与压力、滑动摩擦力和接触面粗糙程度,这两个因素的关系。
(3)由题知,长方体木块的每个面粗糙程度都相同,而长、宽、高不等,要探究滑动摩擦力大小与接触面积是否有关,需控制压力大小相等、接触面的粗糙程度相同,仅改变接触面积,则改变接触面积的操作是换用该木块面积不同的侧面置于水平木板上。
(4)题中说到用的是二力平衡的特点,因此测力计应该测量木块受到的拉力,然后拉动木板,木块处于静止状态,从而得出木块所受摩擦力的大小。方案一和方案二,所测拉力均为木板的拉力,而木板受到的力除了拉力以外,还有上下表面两个摩擦力,所以拉力与摩擦力不符合二力平衡条件。综上所述,选择方案三。
故答案为:(1)相等;(2)压力大小和接触面粗糙程度;(3)换用该木块面积不同的侧面置于水平木板上;(4)方案三。
【点评】此题目每一步都是结合题中所给的条件和步骤来单独分析,出题比较灵活,对滑动摩擦力或者二力平衡知识理解要十分到位,否则容易出现错误。
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