Question

在探究了影响滑动摩擦力大小的因素后，小明的学习小组想用所学的知识进一步探究各自运动鞋的鞋底的粗糙程度，同学们从家里带来了洗干净的运动鞋，喝过的矿泉水瓶，家里浴室里的防滑垫，探究时老师还提供一只弹簧测力计和适量水．
（1）同学们分析发现，探究中需要测量摩擦力的大小．测量时，同学们先将运动鞋放在水平桌面上的防滑垫上，然后用弹簧测力计沿水平方向拉运动鞋，使鞋做______运动，这样做的目的是______．
（2）他们通过实验发现，实验时使鞋做这种运动比较困难，因此他们对实验进行了改进，改成使弹簧测力计和鞋保持静止，拉动鞋下的防滑垫进行测量（如图所示）．改进后，防滑垫______（选填“需要”或“不需要”）匀速拉动，这是因为______．
（3）小明测出他的鞋滑动摩擦力最大，但同学们却不认为小明的鞋一定是“防滑冠军”，这是因为______．
（4）若要判定谁的鞋是“防滑冠军”，他们需要怎样做？（简要说明做法）______．

Answer

（1）为了获取摩擦力的大小，采用了转换法，当物体做匀速直线运动时，受平衡力，弹簧测力计的拉力与摩擦力相等．
（2）在拉动运动鞋时，很难让鞋子保持匀速直线运动状态，会导致了弹簧测力计的示数不稳定；当拉动防滑垫运动的过程中，鞋子保持静止状态，根据二力平衡的条件知弹簧测力计的示数等于摩擦力的大小．
（3）滑动摩擦力的大小跟作用在物体表面的压力有关，表面受到的压力越大，摩擦力就越大；还跟接触面的粗糙程度有关，接触面越粗糙，摩擦力越大．
（4）比较不同鞋底的防滑性能实际上是比较接触面的粗糙程度．比较接触面粗糙程度，可以通过压力相同时，比较滑动摩擦力大小来比较接触面粗糙程度．
【解析】
（1）实验过程中为了得到摩擦力的大小采用了转换法，即：沿水平方向拉动运动鞋做匀速直线运动，此时运动鞋受平衡力，所受滑动摩擦力等于弹簧测力计拉力的大小．
故答案为：匀速直线；运动鞋所受滑动摩擦力等于弹簧测力计拉力的大小．
（2）采用如图的设计因为无论防滑垫是否做匀速直线运动，鞋子都处于静止状态（即平衡状态），这样拉力等于摩擦力，而且无论拉防滑垫速度多少，摩擦力都一样，不改变摩擦力大小，所以容易读数．
故答案为：不需要；弹簧测力计静止不动，水平拉动防滑垫，不再要求一定匀速．
（3）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．
故答案为：没有控制鞋子的质量相同．
（4）①用弹簧测力计称量塑料底鞋、橡胶底鞋、布底鞋的质量，往质量小的鞋子里放一些细沙，使三者的质量相等．
②用弹簧测力计分别钩住塑料底鞋、橡胶底鞋、布底鞋在水平面上匀速直线运动，分别记下滑动摩擦力F1、F2、F3．
③压力相等时，滑动摩擦力越大，接触面越粗糙，防滑性能越好．