Question

3．如图所示是小明“探究影响滑动摩擦力大小的因素”的实验，铜块和木块的大小和形状完全相同．在实验前，小明提出了以下几种猜想：
猜想一：滑动摩擦力的大小与压力的大小有关；
猜想二：滑动摩擦力的大小与物体间接触面的粗糙程度有关；
猜想三：滑动摩擦力的大小与物体间接触面积的大小有关；

（1）如图甲，实验时用弹簧测力计拉着铜块沿水平方向做匀速直线运动，弹簧测力计示数如图乙所示．此时，铜块受到的摩擦力是2.4N．
（2）比较甲、丙两图，可得到的结论是当接触面粗糙程度相同时，压力越大，滑动摩擦力大．
（3）图丙、丁中铜块和木块叠在一起的目的是使压力相同，比较丙、丁两图可得出滑动摩擦力的大小与接触面的粗糙程度有关．
（4）在全班交流环节中，小明为探究猜想二，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的大小分别为?₁和?₂；
③比较$\frac{{f}_{1}}{{G}_{1}}$和$\frac{{f}_{2}}{{G}_{2}}$大小关系，获得结论．（提示：此时物块对木板的压力大小与重力大小相等）

a．老师肯定了小明的方案，因为：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，反映了单位压力接触面的粗糙程度．
b．我们学过的利用“比值法”定义的物理量还有密度（或压强）（合理即可）．
（5）课后，班级创新小组的同学们设计出如图C所示的装置测滑动摩擦力，桌面上质量为m的滑块A通过轻绳绕过滑轮，绳的另一端悬挂一只一次性塑料杯．测量时，向塑料杯中加适量水（当需加少量水时可改用胶头滴管），使滑块A做匀速直线运动．将一次性杯中的水全部倒入量杯中，读出量杯中水的体积为V，则滑块A受到的摩擦力?=ρ_水Vg．（用字母表示滑块A受到的摩擦力?，水的密度为ρ_水），实验中选择一次性塑料杯的原因是：质量小（或重力可忽略不计）．．

Answer 1

分析 （1）从二力平衡的角度来分析回答；根据图中测力计分度值读数；
（2）根据控制变量法，明确变量和不变量，再进一步依据变化关系得出结论；
（3）两物块叠放的目的是为了控制压力相同，接触面的粗糙程度不同，据此来进行分析；
（4）通过对比值定义法的理解，采用类比法分析其意义，并列举利用此种方法的物理量；
（5）图中杯和水的重力就等于对物体A的拉力，据此可进行计算．从质量小（或重力可忽略不计）考虑．

解答 解：
（1）实验时用弹簧测力计拉着铜块沿水平方向做匀速直线运动，受到的拉力与摩擦力为平衡力时，大小相才相等；图中测力计分度值为0.2N，示数为2.4N；
（2）根据控制变量法，甲丙两图中接触面的粗糙程度相同，压力不同，摩擦力不同，因此可得出结论：接触面粗糙程度一定，压力越大，滑动摩擦力越大；
（3）两物块交换位置叠放的目的是为了控制压力相同，而改变接触面的粗糙程度，比较丙、丁两图，丁图中测力计示数大，即滑动摩擦力大，可得出：在压力相同时，滑动摩擦力的大小与接触面的粗糙程度有关；
（4）a、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接触面的粗糙程度；
b、我们学过的利用“比值法”定义的物理量还有密度（或压强）（合理即可）．
（5）图中杯和水的重力就等于对物体A的拉力，就等于物体与桌面的摩擦力，在不计杯重时，
f=F=G=mg=ρ_水Vg．
实验中纸杯的质量小，可忽略不计，计算拉力时更方便．
故答案为：（1）水平；匀速直线；
（2）当接触面粗糙程度相同时，压力越大，滑动摩擦力大；
（3）压力；接触面粗糙程度；
（4）a、单位压力接触面的粗糙程度； b、密度（或压强）（合理即可）．
（5）ρ_水Vg；质量小（或重力可忽略不计）．

点评 此题从一个实验入手，考查了多个知识点，包括控制变量法、类比法的运用、二力平衡的运用、比值定义法的理解、实验的改进与设计等，其中最后几个问题有一定的难度，综合性较强．