Question

18．小刚同学为了参加体育考试，想测试一下橡胶底和牛筋底的运动鞋那双摩擦力更大．
（1）在拉动过程中小刚发现，匀速直线拉动鞋实际很难控制，于是他将鞋放在水平放置的木板上，将弹簧测力计固定，改为拉动木板，如图乙所示，当他水平向左拉动木板时，鞋受到的摩擦力的方向为水平向左；
（2）实验时，小明又想测一下滑动摩擦力与压力大小的关系，记录的部分数据如表所示：

序号	鞋子放置情况	木板表面情况	压力/N	弹簧测力计示数/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

分析数据可知：滑动摩擦力的大小与接触面所受的压力有关，滑动摩擦力f的大小与接触面所受压力F大小的关系式是f=0.2F．
（3）小明在实验时还发现：在木块没有被拉动时，弹簧测力计也有示数，且示数会变化．他请教老师，在老师的帮助下，设计了探究静摩擦力变化的规律及滑动摩擦力规律的实验，如图（a）所受的演示装置，力传感器A与计算机连接，可获得力随时间变化的规律，将力传感器固定在光滑水平桌面上，测力端通过细绳并跨过光滑的轻定滑轮系一只空沙桶（调节滑轮可使桌面上部细绳水平），整个装置处于静止状态．实验开始时打开传感器同时缓慢向沙桶里倒入沙子，小车运动起来，立即停止倒沙子，若力传感器采集的图象如图（b），则结合该图象，下列说法错误的是D
A．可求出空沙桶的重力
B．可求出滑块与小车之间的滑动摩擦力的大小
C．可求出滑块与小车之间的最大静摩擦力的大小
D．可判断第50秒后小车做匀速直线运动（滑块仍在车上）
（4）分析图象可知：要使木块由静止开始运动，至少要用4N的水平拉力拉木块．

Answer 1

分析 （1）摩擦力方向与相对运动方向相反；
（2）要探究滑动摩擦力大小与压力的关系，需保持接触面的粗糙程度相同，结合表格中数据进行分析即可；
（3）对滑块进行受力分析，由图象求出传感器对滑块的拉力，由平衡条件求出滑块受到的摩擦力，然后由牛顿第三定律判断小车的受力情况；
（4）据图中的弹簧测力计的示数解答．

解答 解：（1）将弹簧测力计固定，改为拉动木板，这样测力计的示数比较稳定，此时鞋相对于木板向右运动，所以其受到的摩擦力水平向左；
（2）1、2、3组实验数据，接触面的粗糙程度相同，压力大小不同，可得滑动摩擦力大小与压力大小有关；
由数据知，压力增大几倍，滑动摩擦力便增大为原来的几倍，所以摩擦力与压力成正比，
设f=kF，
当F=6N时，f=1.2N，代入数据得：
1.2N=k×6N，
解得：k=0.2，
所以关系式为：f=0.2F；
（3）在整个过程中，滑块受到水平向右的摩擦力f与水平向左的传感器的拉力F，滑块始终静止，处于平衡状态，
由平衡条件得：则f=F；小车与滑块的摩擦力f与滑块对小车的摩擦力f′是作用力与反作用力，由牛顿第三定律得：f′=f，则f′=F；
A、t=0时，没有向桶中倒沙，G_空沙桶=F，由图乙所示图象可知，G_空沙桶=F=2N，故A正确；
B、当小车运动时，滑块与小车间的摩擦力是滑动摩擦力，由图乙所示图象可知，f=F′=3N，故B正确；
C、当小车由静止刚好开始运动时，滑块与小车间的摩擦力是最大静摩擦力，由图乙所示图象可知，
滑块与小车间的最大静摩擦力f_max=F″=3.5N，故C正确；
D、由图象我们只能知道50s后小车受到的滑动摩擦力是3N，恒定不变，并不知道沙桶对小车的拉力是多少，不知小车所受合力是多少，无法判断小车的运动状态，小车可能做匀速直线运动，也可能做加速直线运动，故D错误；
（4）当木块做匀速直线运动时，在水平方向上受到的拉力和滑动摩擦力是一对平衡力，根据二力平衡的知识可知，这两个大小相等，方向相反，弹簧测力计示数4N，即拉力4N；
故答案为：（1）水平向左；（2）f=0.2F；（3）D；（4）4．

点评 此题是探究摩擦力的大小与哪些因素有关的实验，考查了根据实验数据得出结论的能力，此题有一定的难度．