Question

《研究滑动摩擦的实验》的部分记录数据如下表：

（1）如图装置可用来测定木块在木板上滑动时所受到的滑动摩擦力．这种测定摩擦力的原理是什么？

（2）在上述装置中木块对木板的压力应怎样测量？
（3）在进行上述两项测量时应注意什么？
（4）表格中的数据是在什么前提条件下记录的？可以得出什么结论？
（5）为了研究摩擦力与不同接触面间的关系，还需要进行哪些实验？这些实验应该怎样做？可以得出什么结论？
（6）如果拉动木块过程中，木块速度逐渐增大，那么测得的摩擦力偏大还是偏小？

Answer 1

解：（1）当用弹簧测力计拉着木块做匀速直线运动时，木块处于平衡状态，因木块在水平方向上只受拉力和摩擦力的作用，所以摩擦力和拉力是一对平衡力，即：摩擦力的大小与测力计的示数相等．
（2）在竖直方向上木块受到重力和支持力的作用，由于木块在竖直方向上处于静止状态，所以木块受到的支持力和重力是一对平衡力，即支持力的大小等于木块的重力，又由于木块对接触面的压力和接触面对木块的支持力是一对相互作用力，所以木块对接触面的压力大小等于木块的重力，因此只要用弹簧测力计测出木块（或木块及砝码）的重力，则可知压力的大小．
（3）由于摩擦力和压力的大小都是借助于二力平衡的条件测量的，所以在测量二者的大小时应让物体处于平衡状态（静止或匀速直线运动）．
（4）压力的大小是在木块（或木块和砝码）处于静止状态下记录的，摩擦力的大小是在木块做匀速直线运动状态下记录的．
由图表数据可知在接触面的粗糙程度相同时，随着压力的增多，摩擦力也增大，所以可得结论为：在接触面粗糙程度相同时，压力越大，摩擦力越大．
（5）为了研究摩擦力与不同接触面间的关系，还需要保持压力大小不变，改变接触面的粗糙程度．
实验做法：在木板上分别铺上棉布或毛巾，用测力计拉着木块做匀速直线运动，并分别记下其对应的测力计示数．
实验结论：比较测力计的示数，如果示数相同，则接触面的粗糙程度相同；如果示数不相同，则接触面的粗糙程度不相同．
（6）如果拉动木块过程中，木块速度逐渐增大，则说明木块在水平方向上受到一个向左的合力，此时测力计的示数应该答应摩擦力的大小，如果还把测力计的示数当做摩擦力，则测量值大于实际摩擦力的大小．
答：（1）这种测定摩擦力的原理是利用了二力平衡的条件．
（2）在上述装置中通过测量木块（或木块和砝码）静止时的重力大小来测量木块对木板的压力大小．
（3）在测量压力大小时应让木块（或木块和砝码）处于静止状态；在测量摩擦力的大小时应让木块（或木块和砝码）处于匀速直线运动状态．
（4）表格中的数据是接触面的粗糙程度相同的前提条件下记录的．
可以得出的结论为：在接触面粗糙程度相同时，压力越大，摩擦力越大．
（5）为了研究摩擦力与不同接触面间的关系，还需要改变接触面的粗糙程度．具体做法如下：在木板上分别铺上棉布或毛巾，用测力计拉着木块做匀速直线运动，并分别记下其对应的测力计示数．
可得结论：比较测力计的示数大小，如果示数相同，则接触面的粗糙程度相同；如果示数不相同，则接触面的粗糙程度不相同．
（6）如果拉动木块过程中，木块速度逐渐增大，那么测得的摩擦力将偏大．
分析：滑动摩擦力在物体的接触面上，所以摩擦力的大小无法直接测量，可借助于二力平衡的条件，将摩擦力的大小转化成测力计示数的大小、将压力的大小转化成重力的大小进行测量；又因为滑动摩擦力的大小与压力大小和接触面的粗糙程度有关，所以在探究影响滑动摩擦力大小的因素时应使用控制变量法．
点评：把握住利用控制变量法和二力平衡条件设计实验方案的基本思路是解答此题的关键所在．