Question

12．如图1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的接触面积大小有关

（1）实验时弹簧测力计拉着物体沿水平方向做匀速直线运动．
（2）比较甲、乙两图，可得到的结论是接触面粗糙程度相同时，压力越大，滑动摩擦力越大．
（3）图乙、丙中铜块和木块叠在一起的目的是使压力大小相同，比较乙、丙两图可得出滑动摩擦力的大小与接触面粗糙程度有关．
（4）要“探究滑动摩擦力大小与接触面积大小是否有关”，小明将木块和铜块做为一个整体竖着放置在长木板上，如丁图，测出滑动摩擦力的大小并与乙比较．你认为他的探究方案中存在的主要缺陷是：没控制接触面粗糙程度不变．
（5）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2A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$\frac{{f}_{1}}{{G}_{1}}$和$\frac{{f}_{2}}{{G}_{2}}$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单位压力下的滑动摩擦力，反映了接触面的粗糙程度．
（Ⅱ）我们学过的利用比值法定义的物理量还有密度．
（6）课后，班级创新小组的同学们设计出如图3所示的装置测滑动摩擦力，桌面上的滑块A通过轻绳绕过滑轮，绳的另一端悬挂一只一次性塑料杯子．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250ml，则滑块A受到的摩擦力f=2.5N；实验中选择一次性塑料杯子的原因是：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；
（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）两物块交换位置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）若要探究摩擦力大小与接触面积的关系，应控制压力和接触面的粗糙程度均相同；
（5）通过对比值定义法的理解，分析实验中所设计环节的意义，并列举利用此种方法的物理量；
（6）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．

解答 解：（1）只有当二力平衡时拉力与摩擦力才相等，所以要求此时要做匀速直线运动；
（2）根据控制变量法，甲乙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，比较乙、丙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）丁图中，将物块侧放，虽然压力相同，但没有控制接触面的粗糙程度相同，所以结论没有说服力；
（5）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．类似利用比值法来定义的物理量还有密度、压强、功率等；
（6）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=ρVg=1.0×10³kg/m³×250×10^-6m³×10N/kg=2.5N．
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）匀速直线；
（2）接触面粗糙程度相同时，压力越大，滑动摩擦力越大；
（3）压力大小；接触面粗糙程度；
（4）接触面粗糙程度；  
（5）单位压力；接触面的粗糙程度；密度； 
（6）2.5；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．