【重难点集训】3.6影响滑动摩擦力大小的因素 实验探究（含答案）

实验探究：影响滑动摩擦力大小的因素
实验要点：
①原理：二力平衡的条件(水平方向匀速直线运动)
②控制变量法的应用(分别控制压力大小与改变接触面的粗糙程度)
③实验评估及实验改进方法
方案一、木块在木板上匀速拉动，但实验过程中很难保持物体进行匀速直线运动
方案二、使弹簧计固定，拉动物体下面的长木板，根据二力平衡，无论怎么拉动木板，测力计的示
数即摩擦力的大小
方案二优点：①不需要控制木板匀速直线运动，方便实验操作
②弹簧测力计固定不动，便于读数
方案一的实验探究
1、探究影响滑动摩擦力大小的因素。
(1)小明用弹簧测力计拉同一木块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，方向__水平向左__。
②比较__甲、乙__两图的实验可知，滑动摩擦力的大小与压力有关。
③比较甲、丙两图的实验可知：滑动摩擦力的大小与__接触面粗糙程度__有关。
(2)在操作过程中小明还发现，弹簧测力计不沿水平方向拉动时，也可以使木块在木板上沿水平方向做匀速直线运动，如图丁所示。此过程中，木块处于__平衡__(选填“平衡”或“非平衡”)状态；弹簧测力计对木块的拉力和木块受到的滑动摩擦力__不是__(选填“是”或“不是”)一对平衡力，理由是__两个力不在同一条直线上，大小也不等__；竖直方向上，木块受到的重力和木板对它的支持力__不是__(选填“是”或“不是”)一对平衡力。
【解析】 (1)①弹簧测力计的最小刻度值为0.2N，由图乙可知此时的读数为3.4N；因为木块水平向右滑动，所以滑动摩擦力的方向水平向左。②甲、乙两图中接触面粗糙程度相同，压力不同，导致摩擦力大小不同。③甲、丙两图中的压力相同，接触面粗糙程度不同，导致摩擦力大小不同。(2)图丁中木块在各个力的作用下做匀速直线运动，因此处于平衡状态；此时摩擦力与拉力不是一对平衡力，因为两个力不在同一条直线上，大小也不等；因为竖直方向上，木块受到重力、支持力大小不相等，所以重力与支持力不是一对平衡力。
2、如图A、B是同种材料制成的大小不同的正方体，它们表面的粗糙程度相同，将它们分别按照甲、乙所示叠放，用弹簧秤水平拉动它们一起在同一水平桌面上运动。当它们匀速运动时，回答下列问题：

(1)图甲中，弹簧秤的示数是0.8N，画出A所受力的示意图；
(2)图甲、乙中：桌面受到的压力大小分别是F甲、F乙，两者大小关系是F甲＝F乙；
(3)有一种猜想认为摩擦力大小与受力面积大小无关．若要利用这个实验来验证，你想观察到怎样的实验现象？在两图中，分别拉动物体沿水平方向做匀速直线运动时，测力计示数不变；
(4)若要利用这个实验来探究摩擦力大小与运动速度大小之间是否有关，实验时需要控制压力和接触面粗糙程度不变，改变运动速度大小。
3．在学习影响滑动摩擦力大小的因素后，小柯还是认为：重力越大，滑动摩擦力越大。于是张老师用如图装置与他一起实验。
步骤一：将铁块挡在木板上，往砂桶中加入一定量细沙，使压力传感器的示数为5.00牛，水平向左拉动木板，读出拉力传感器的示数并记录。
步骤二：换用质量不同、粗糙程度和底面积都相同的铁块，重复步骤一，记录结果如下表：
实验次数
质量不同的铁块
压力传感器示数(牛)
拉力传感器示数(牛)
1
小
5.00
2.10
2
中
5.00
2.11
3
大
5.00
2.11
请回答下列问题：
(1)第1次实验中铁块受到的摩擦力为2.10牛；
(2)实验中能否用钩码代替细沙？并说明理由；
答：实验不能用钩码代替细沙，钩码的质量是固定的不能连续变化，细沙的质量可以连续变化，方便控制铁块对水平木板的压力。
(3)通过实验得出的结论是在压力和接触面粗糙程度相同时，滑动摩擦力大小相同；
(4)小柯认为：该实验中压力传感器的上表面要尽量光滑，否则会使拉力传感器的读数偏大，你认为他的说法是否合理，为什么？小柯的说法不合理；铁块与压力传感器不接触，压力传感器与木板之间的摩擦力对实验无影响。
4、小梦在探究“滑动摩擦力的大小与哪些因素有关”时，作了如下猜想：A.可能与接触面的粗糙程度有关； B．可能与压力的大小有关。接着她按如图所示的步骤进行实验：
　　 　
①用弹簧测力计水平拉木块 ②用弹簧测力计水平拉木块 ③用弹簧测力计斜向上拉木块在较光滑木板上匀速滑动 在粗糙木板上匀速滑动 在较光滑木板上匀速滑动　　
(1)步骤①和②是为了验证猜想A(填“A”或“B”)，所探究的摩擦力是指木块和木板之间滑动摩擦力。
(2)小梦接着按步骤①和③探究猜想B。你认为步骤③能否测出摩擦力？不能。
(3)小梦想：滑动摩擦力的大小是否与物体运动的速度有关呢？她用①的装置进行实验：先水平拉动木块匀速滑动，读出弹簧测力计的示数为2牛，紧接着增大拉力使木块加速度滑动，读出此时弹簧测力计的示数为4牛。根据上述实验，小梦得到了“在压力和接触面粗糙程度一定时，物体运动的速度越大，滑动摩擦力越大”的结论。分析操作过程，你认为小梦的结论可信吗？不可信，原因是没有匀速拉动木块运动。
方案二的实验探究
1、在探究“滑动摩擦力的大小与哪些因素有关”的活动中。
????（1）在水平的长木板上，用弹簧测力计水平向左拉动木块A，并使其作??_水平匀速直线__运动，弹簧测力计示数如图14所示。根据? 二力平衡 知识可知，木块所受的滑动摩擦力为? 2.8 N。
（2）小华将木块沿竖直方向截去一半后，测得木块所受的滑动摩擦力变为原来一半。她由此得出：滑动摩擦力的大小随接触面积的减小而减小。你认为她的探究过程存在的问题????没有控制压力不变?? 。
（3）在实验后交流的过程中，小华发现有同学将该实验改成了如图15所示的实验装置：将弹簧测力计一端固定，另一端钩住木块A。木块下面是一长木板，实验时拉着长木板沿水平地面向左运动。装置改进以后的好处是????不需要控制木板匀速直线运动，方便实验操作；弹簧测力计固定不动，便于读数?????。（写出一条即可）。
2．某兴趣小组在探究“影响滑动摩擦力大小的因素”时，用如图所示的装置进行实验。
实验一：将长方体木块平放在长木板上，用力F拉长木板，当长木板与木块发生相对滑动后，记录弹簧秤的示数于表一。再将木块分别侧放、竖放，重复实验。
实验二：将长方体木块平放在长木板上，用力F拉长木板，当长木板与木块发生相对滑动后，记录弹簧秤的示数于表二。再分别将一个砝码、二个砝码放在木块上，重复实验。
表一
实验次数
压力大小
木块放置情况
弹簧秤示数(N)
1
木块的重
平放
1.0
2
木块的重
侧放
1.0
3
木块的重
竖放
1.0
表二
实验
次数
压力大小
木块放
置情况
弹簧秤
示数(N)
1
木块的重
平放
1.0
2
木块和一个砝码的总重
平放
1.5
3
木块和二个砝码的总重
平放
2.0
(1)实验一的第3次实验时，木块与长木板之间的滑动摩擦力为__1.0__N。
(2)实验一探究的问题是__滑动摩擦力的大小与接触面积大小是否有关__。
(3)表二中的实验数据可得出的结论是__在接触面积和接触面粗糙程度相同时，压力越大，滑动摩擦力也越大__。
【解析】(1)实验中，必须沿水平方向拉动木块做匀速直线运动，此时，木块受到的摩擦力与拉力是一对平衡力，所以f＝F＝1.0N。(2)由表一实验数据可知，三次实验压力和接触面的粗糙程度相同，接触面积大小不同，所以实验一探究的问题是滑动摩擦力的大小与接触面积大小是否有关。(3)由表二实验数据可知，三次实验接触面积和接触面的粗糙程度相同，压力大小不同，压力越大滑动摩擦力越大，所以可得结论：在接触面积和接触面粗糙程度相同时，压力越大，滑动摩擦力也越大。
3、为了探究“滑动摩擦力大小与什么因素有关”，小明设计了如图所示的实验。
(1)实验过程中，弹簧测力计必须(填“必须”或“不必”)沿水平方向拉着物块做匀速直线运动，此时，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)在四次实验中，滑动摩擦力最小的是丁(填“甲”“乙”“丙”或“丁”)。
(3)比较甲、乙实验，是为了研究滑动摩擦力大小与压力有关；比较乙、丙实验，是为了研究滑动摩擦力大小与接触面粗糙程度有关(均填“压力”或“接触面粗糙程度”)。
(4)比较甲、丁实验，发现甲实验弹簧测力计的示数大于丁实验弹簧测力计的示数，小明得出结论：滑动摩擦力的大小与接触面积的大小有关，你认为他的结论是错误(填“正确”或“错误”)的。
(5)小明要对实验装置进行改动，如图2所示，重复实验，发现效果更好。实验中，小明不一定(填“一定”或“不一定”)要匀速拉动长木板。
4、用图甲所示的装置探究摩擦力跟压力大小的关系。
甲　　　　　　　　　　 　乙
(1)实验时，拉动木块在水平木板上做匀速直线运动，弹簧测力计的示数就等于摩擦力的大小，因为这时的拉力和摩擦力是一对平衡力。
(2)某次实验中弹簧测力计的指针位置如图甲所示，它的示数是1.6牛。
(3)改变木块上所加钩码的个数进行多次实验，记录的数据如表所示，请根据表中的数据，在图乙中画出摩擦力随压力大小变化的关系图象。
实验次数
1
2
3
4
5
压力F/牛
3
4
5
6
7
摩擦力f/牛
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
　　解：
(4)分析图象可知：当接触面的粗糙程度一定时，摩擦力跟压力的大小成正比。
(5)实验结束后，小丽同学想探究摩擦力是否与接触面的大小有关。她用弹簧测力计测出木块在水平面上做匀速直线运动时的摩擦力，然后将木块沿竖直方向锯掉一半，测得摩擦力的大小也变为原来的一半，她由此得出：当接触面的粗糙程度一定时，接触面越小，摩擦力越小，你认为她的结论正确吗？不正确，理由是：没有控制压力大小不变。