Question

在研究摩擦力的大小与什么因素有关的实验中，选用的器材有：长方体木块、读数准确的弹簧测力计，一面较光滑一面较粗糙的长木板、钩码若干．同学们提出了以下几种猜测想：

A：摩擦力的大小与物体运动的速度有关；
B：摩擦力的大小与物体间的接触面积大小有关；
C：摩擦力的大小与物体间的接触面的粗糙程度有关；
D：摩擦力的大小与压力大小有关．
（1）实验装置的组装如图甲所示，实验中要用弹簧测力计水平匀速拉动木块，根据

 

可知，此时木块所受的滑动摩擦力大小等于弹簧测力计的示数．
（2）下表是小明同学设计并记录的实验数据表格：

实验次数	压力	长木板表面	木块放置	木块运动快慢	弹簧测力计的示数/N
1	一个木块	较光滑	平放	很慢	2.2
2	一个木块	较光滑	平放	慢	2.2
3	一个木块	较光滑	平放	较快	2.2

小明同学的实验可以验证猜想

 

（选填猜想序号）是

 

（选填“正确”或“错误”）的．
（3）如果他要验证猜想C，他的操作步骤应是：
a、

 

；
b、

 

．
（4）采用如图甲所示的实验装置测量木块与长木块之间的摩擦力时，发现读数，其原因是

 

．为了解决上述问题，小娟对实验装置进行了改进，用图乙所示的装置进行实验，解决了上述问题，这是因为

 

．

Answer 1

分析：（1）实验中研究的是木块受到的滑动摩擦力的大小，弹簧测力计测量的是木块受到的拉力，只有木块做匀速直线运动时拉力的大小才等于摩擦力；
（2）要探究摩擦力的大小与多个因素的关系，就要用到控制变量法，利用实验中操作过程和数据反映出来的相同点和不同点结合控制变量法的思想从而可以确定实验的探究目的；
（3）要验证猜想B，应该控制压力大小、接触面的粗糙程度都不会发生变化，速度这个因素已经探究，只能考虑接触面的大小这个因素．
（4）此实验的思路是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，因此是否能保持正方体木块匀速直线运动或静止状态是实验是否合理的关键．

解答：解：（1）用弹簧测力计匀速拉动木块时，木块做匀速直线运动受到的力是平衡力，根据二力平衡的知识，此时摩擦力的大小等于弹簧测力计对木块拉力的大小；
（2）三次实验，使用的是同一木块，木块的压力不变；在同一接触面上，接触面的粗糙程度不变；根据表中的数据可知，拉动的速度不同，利用控制变量法的思想可知，探究的是摩擦力与物体运动速度的关系，故选A．弹簧测力计的示数不变，说明摩擦力大小和运动速度大小无关．
（3）根据控制变量法的思想，要探究与哪个因素有关，就要改变哪个因素，要验证猜想B，必须控制接触面大小不同，其余因素压力、接触面的粗糙程度不变，由于是个长方体木块，接触面的大小可以改变，所以分别将木块平放和侧放，然后用弹簧测力计匀速拉动，读出弹簧测力计的示数，观察摩擦力的大小是否与物体之间的接触面的大小有关．
（4）由于在拖动正方体木块时，很难让木块保持匀速直线运动状态，才导致了弹簧测力计的示数不稳定；当拉动长木板运动的过程中，正方体木块保持静止状态，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．无论长木板是否做匀速直线运动，正方体木块都处于静止状态（即平衡状态），这样拉力等于摩擦力，而且无论拉木板速度多少，摩擦力都一样，不改变摩擦力大小．所以容易读数．
故答案为：（1）二力平衡；（2）A；错误；（3）a、把木块平放在长木板上用弹簧测力计水平匀速拉动，读出弹簧测力计的示数F₁；b、把木块侧放在长木板同一面上用弹簧测力计水平匀速拉动，读出弹簧测力计的示数F₂；（4）很难保持木块做匀速直线运动；无论长木板怎样运动，木块都处于静止状态，便于读数．

点评：（1）这个实验来源于课本上探究摩擦力大小与哪个因素有关的演示实验，在原实验的基础上进行了延伸拓展，又增加了几个因素；
（2）本题也是控制变量法思想的应用，明确变量和不变量是解题的关键．
（3）把握住是否能保持正方体木块匀速直线运动或静止状态，是解答此题的关键所在．