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2.在学过摩擦力知识后,小明想探究:摩擦力大小是否与压力、重力都有关系?他利用如图所示的装置进行探究.实验步骤如下:
①金属盒放在质量不计的白纸上,读出台式测力计示数;拉动白纸的过程中,读出弹簧测力计的示数.
②将质量不计的氢气球系在金属盒上,读出台式测力计示数;拉动白纸的过程中,读出弹簧测力计的示数.
③再往金属盒注入适量的沙子,使台式测力计示数与步骤①中的示数相等,拉动白纸的过程中,读出弹簧测力计的示数.
实验相关数据如表:
实验序号台式测力计示数F1/N金属盒总重力G/N弹簧测力计示数F2/N
4.84.81.8
3.21.2
4.86.41.8
(1)此实验根据二力平衡原理测出摩擦力的大小;
(2)实验步骤②使用氢气球是为了改变压力(填“压力”或“重力”);
(3)请你补齐上表中空格处的数据,其值为4.8N;
(4)与直接用弹簧测力计拉动金属盒测量摩擦力相比,拉动白纸进行实验有许多优点,以下D不是其优点:
A.不需要匀速拉动    B.测力计示数稳定
C.实验更容易操作    D.实验原理更合理
(5)比较实验步骤①③(填表中的实验序号)的数据,说明摩擦力大小与重力无关.
(6)本实验中弹簧测力计示数的大小还与以下B有关.
A.拉纸的速度    B.纸面粗糙程度    C.金属盒与纸的接触面积.

分析 (1)在探究摩擦力与哪些因素有关的实验中,利用二力平衡条件来测量摩擦力的大小;
(2)氢气球会对金属盒产生向上的拉力,从而改变金属盒对台式测力计的压力,但不能改变重力的大小;
(3)第二次实验中,氢气球系在金属盒上,总重力不变,改变了压力大小,探究摩擦力与压力大小的关系;
(4)拉动白纸可使实验变得更易操作,读数也更准确,但无论是拉白纸,还是拉测力计,其原理都是利用了二力平衡条件;
(5)探究摩擦力与重力的关系,应控制接触面粗糙程度相同而重力不同,分析表中实验数据,然后得出结论;
(6)影响摩擦力大小的因素有压力和接触面的粗糙程度,与拉动的速度、接触面积等无关.

解答 解:(1)在实验中拉动白纸运动时,金属盒始终处于静止状态,根据二力平衡条件,金属盒受到的摩擦力与拉力是一对平衡力,所以拉力与摩擦力的大小相等;
(2)实验步骤②使用氢气球,由于氢气球向上拉金属盒,所以金属盒对白纸的压力变小,但其本身的重力不变;
(3)第二次实验中,氢气球系在金属盒上,保持了总重力不变,而改变了压力大小,来探究摩擦力与压力大小的关系.所以第2次实验,金属盒的总重力仍为4.8N;
(4)由于摩擦力大小与物体运动速度无关,所以在实验中,若拉动白纸时,操作比较方便,可以不做匀速直线运动,而金属盒始终处于静止状态,拉力与摩擦力平衡,测力计示数会很稳定便于读数,但无论是抽动白纸还是拉动金属盒做匀速直线运动,都是根据二力平衡条件来测量摩擦力的,故选项D不是其优点;
(5)由表中①③实验数据可知,物体的重力不同而摩擦力相等,由此可知,摩擦力与重力无关.
(6)摩擦力的大小与压力大小、接触面的粗糙程度有关,本实验中测力计示数的大小还与纸面粗糙程度有关,故选B.
故答案为:(1)二力平衡;(2)压力;(3)4.8;(4)D;(5)①③;(6)B.

点评 此题是探究“摩擦力大小是与压力有关,还是与重力有关”的实验,考查了测量摩擦力的原理及控制变量法在此实验中的应用,学生要掌握这种测量摩擦力的方法.

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