Question

5．如图所示，同一水平桌面上放有体积相同的实心长方体木块和铁块各一个．现想“探究木块和铁块的下表面谁更粗糙”？小明同学设计了如下的方案：
分别用弹簧测力计沿水平方向拉着木块和铁块在水平桌面上做匀速直线运动，读出示数为F_木和F_铁，若F_木＞F_铁则木块的下表面比铁块更粗糙．小明的方案是否合理否（选填：“是”或“否”）．
若要正确区分木块和铁块的粗糙，你的操作步骤是：
第一步：木块置于铁块上，用弹簧测力计沿水平方向匀速直线拉动铁块，记下测力计示数F₁；
第二步：铁块置于木块上，用弹簧测力计沿水平方向匀速直线拉动木块，记下测力计示数F₂；
推导结论：
①若F₁＞F₂，可以判定铁块比木块下表面粗糙；
②若F₁＜F₂，可以判定木块比铁块下表面粗糙；
③用弹簧测力计分别拉动木块和铁块一起匀速直线运动，根据两次测力计的示数相等，可以判定铁块与木块下表面一样光滑．
④拓展探究：实验中，小华同学将木块沿竖直方向截去一半后，若用弹簧测力计沿水平方向拉动木块匀速运动，测得木块所受的滑动摩擦力变为原来一半．由此，他得出结论：滑动摩擦力的大小随接触面积的减小而减小．你认为小华同学探究过程中存在的主要问题是：此次实验没有控制木块对水平面的压力相同．

Answer 1

分析 （1）在研究多变量问题时，一定要采用控制变量法；此题中，摩擦力大小跟压力大小和接触面的粗糙程度有关．若研究摩擦力和接触面的粗糙程度之间的关系，就必须控制压力一定，可据此对实验方案进行评价，看是否合理；
（2）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，所以要探究接触面的粗糙程度，需要控制压力大小相同．因此可以想办法使两个物体叠放起来，让木块和铁块分别与桌面接触，匀速拉动记下两次读数；
（3）根据两次测力计读数的大小可以得到实验结论．

解答 解：
（1）由于摩擦力的大小与压力大小和接触面的粗糙程度都有关，根据控制变量法的思想，在研究摩擦力和粗糙程度的关系时，应控制压力相同；已知木块和铁块的体积相同，但铁的密度要大，即铁块的重力大，对地面的压力也大，显然不符合控制变量法的要求；
（2）摩擦力跟压力和接触面粗糙程度有关，木块和铁块叠放在一起保持压力一定，先木块做接触面，后铁块做接触面，从而改变接触面粗糙程度．
第一步：木块置于铁块上，用弹簧测力计沿水平方向匀速直线拉动铁块，记下测力计示数F₁；
第二步：铁块置于木块上，用弹簧测力计沿水平方向匀速直线拉动木块，记下测力计示数F₂；
（3）通过比较F₁、F₂的大小，来得出木块、铁块哪个的下表面更加粗糙，
若（匀速拉动铁块时测力计示数大于拉木块时测力计的示数）F₁＞F₂；若（匀速拉动木块时测力计示数大于拉铁块时测力计的示数）F₁＜F₂；
（4）将木块沿竖直方向截去一半后，虽然面积减小了，但是压力也减小了，所以此次实验没有控制木块对水平面的压力相同．
故答案为：否；木块置于铁块上，用弹簧测力计沿水平方向匀速直线拉动铁块，记下测力计示数F₁；铁块置于木块上，用弹簧测力计沿水平方向匀速直线拉动木块，记下测力计示数F₂；①F₁＞F₂；②F₁＜F₂；④此次实验没有控制木块对水平面的压力相同．

点评 在多变量的探究实验中，一定要注意控制变量法的运用，即：保持被研究变量不同，而控制其他因素一定；控制变量法是初中阶段的一个重要思想方法，在大部分的实验或探究类试题中都会涉及，应熟练掌握．