Question

小明用如图甲所示的装置，探究滑动摩擦力的大小与哪些因素有关．

（1）实验时，小明将木块放在水平长木板上，用弹簧测力计沿水平方向拉动木块，并使木块做_______运动，利用_______原理，可以测出木块在木板上滑行时受到的摩擦力．

（2）在木块上放一砝码，从而改变木块与长木板之间的压力，如图乙；把棉布铺在长木板上，从而改变接触面的粗糙程度，如图丙．观察三个实验，比较甲图和_______图所示实验，说明滑动摩擦力的大小与作用在物体表面的压力有关．比较甲图和丙图所示实验，得出结论_______．

（3）小明在进行乙图中实验时，多次改变放在木块上的砝码的质量，通过实验得到滑动摩擦力F_摩与作用在物体表面的压力F_压的关系得到图线如丁图所示，由图可知：F_摩=________F_压．乙图中当木块与砝码对地面的压力变为12N时，木块在长木板上匀速滑动时受到的拉力为________N。

（4）实验操作中，小明发现弹簧测力计示数时大时小，原因是_______。

（5）小明某次拉动木块由静止变为匀速运动时发现：在物体还没有被拉动的情况下，弹簧测力计仍然有示数，且示数逐渐增大，直到拉动物体为止。其拉力F随时间t的变化关系如图戊所示（其中0～3s木块处于静止状态）．分析图象可知：第6秒时，木块受到的摩擦力是________N，要使木块由静止到开始运动，至少要用________N的水平拉力；

（6）在全班交流环节中，小明为探究滑动摩擦力的大小与接触面粗糙程度的关系，又设计了如下方案：

①用弹簧测力计测出铜块和木块的重力大小分别为G₁和G₂；

②如图A和B所示，将铜块和木块都平放在长木板上测出滑动摩擦力大小分别为f₁和f₂；

③比较和的大小关系，获得结论。（提示：此时物块对木板的压力大小即为重力大小。）

老师肯定了小明的方案，因为：

（Ⅰ）路程与时间的比值即单位时间内物体通过的路程，反映了物体运动的快慢；同样道理，滑动摩擦力与压力的比值即________下的滑动摩擦力，反映了________。

（Ⅱ）我们学过的利用比值法定义的物理量还有_______。

Answer

匀速直线运动 二力平衡 乙 在压力相同时，接触面越粗糙，滑动摩擦力越大 0.25 3N 没有匀速运动 4N 4.2N 单位压力 接触面的粗糙程度 速度

【解析】

(1) 实验时，用弹簧测力计沿水平方向拉动木块，并使木块做匀速直线运动，此时摩擦力和弹簧测力计的拉力就是水平方向的一对平衡力,读出弹簧测力计的示数,就等于摩擦力;

(2)甲、乙两图接触面的粗糙程度相同，压力大小不同，测力计的示数不同，可得滑动摩擦力的大小与压力大小有关；

甲图和丙图所示实验，压力大小相同，接触面的粗糙程度不同，测力计的示数不同，说明了在压力相同时，接触面越粗糙，滑动摩擦力越大；

(3)由摩擦力f与作用在物体表面的压力F压的关系图线可知,摩擦力f与作用在物体表面的压力F压成正比：

当作用在物体表面的压力为2N时,摩擦力为0.5N,作用在物体表面的压力为4N时,摩擦力为1N,所以摩擦力f与压力F压的关系是：f=0.25F压；

当木块与砝码对地面的压力变为12N时，木块在长木板上匀速滑动时受到的拉力为F=f=0.25×12N=3N；

如果此时弹簧测力计拉着木块和砝码水平向右一起做加速运动，木块对桌面的压力和接触面的粗糙程度不变，所以木块所受的滑动摩擦力仍为3N；

由于砝码与木块没有发生相对滑动，所以此时砝码受静摩擦力作用；

由于砝码向右做加速运动，所以所受摩擦力水平向右；

（4）实验操作中，若没有匀速运动木块，木块受力不平衡，造成弹簧测力计示数时大时小。

(5)由图象戊分析可知，第6秒时，木块做匀速直线运动，在水平方向上受到的拉力和滑动摩擦力是一对平衡力，故此时摩擦力为4N;其中0∼3s木块处于静止状态，其中最大拉力为4.2N,因此要使木块由静止到开始运动，至少要用4.2N的水平拉力；

(6)(I)分析小明所设计的方案可知，这是一种通过比值法来进行的比较，因此，由题意知：滑动摩擦力与压力的比值即单位压力下的滑动摩擦力，反映了接触面的粗糙程度；

(II)类似利用比值法来定义的物理量还有速度、压强、功率等。