Question

为探究滑动摩擦力大小与什么因素有关，小明设计了如图甲所示的实验．

（1）如果要想利用此实验来探究滑动摩擦力的大小与压力的关系，应设计怎样的实验步骤？
（2）在探究滑动摩擦力的大小是否与物体间的接触面积有关时，小明先后用大、小木块按照图甲所示的方法进行对比实验．小明的做法是否正确？为什么？
（3）在研究此问题时，小红设计的实验如图乙所示，弹簧测力计一端固定，另一端钩住长方形木块，木块下面是一长木板，实验时拖支长木板，然后读出弹簧力计的示数，即可测出木块和木板之间的摩擦力．小明看了小红的实验后，认为小红设计的实验优于自己设计的实验．对此你能说出其中的原因吗？

Answer 1

【答案】分析：（1）滑动摩擦力的大小与压力大小和接触面的粗糙程度有关，研究滑动摩擦力与压力大小的关系时，采用控制变量法的思想，控制接触面的粗糙程度相同，只改变压力的大小观察滑动摩擦力的大小变化情况；
（2）探究滑动摩擦力的大小与物体间的接触面积是否有关时，应控制压力和接触面的粗糙程度不变，改变接触面积的大小观察滑动摩擦力的大小变化情况；
（3）滑动摩擦力的大小通过弹簧测力计的示数体现，根据二力平衡的知识，只有物体做匀速直线运动时，摩擦力才等于弹簧测力计的拉力，因此必须控制木块做匀速直线运动，而木块做匀速直线运动是不容易控制的．
解答：解：（1）研究滑动摩擦力的大小与压力的关系时，在控制接触面的粗糙程度和接触面的大小不变基础上注意两点：①弹簧测力计拉动木块做匀速直线运动，②通过给木块上添加重物改变压力，观察弹簧测力计的示数分析摩擦力的大小变化．
（2）研究摩擦力的大小与接触面积的大小是否有关时，必须保证压力和接触面的粗糙程度相同，实验中采用用大、小两个木块虽然改变了接触面积，但是木块对接触面的压力大小也改变了，因此小明的做法是不正确的．
（3）小明的设计必须保证木块做匀速直线运动，根据二力平衡的知识，摩擦力的大小才等于弹簧测力计的拉力，但是很难让木块保持匀速直线运动状态，导致了弹簧测力计的示数不稳定．小红的设计中无论长木板是否做匀速直线运动，木块都处于静止状态，根据二力平衡的条件，拉力等于摩擦力，而且无论拉木板速度多少，摩擦力都一样，不改变摩擦力大小．所以容易读数．
故答案为：（1）①用弹簧测力计拉动木块，使它做匀速直线运动，读出此时弹簧测力计的示数F₁；
②在木块上面加一个重物，再用弹簧测力计拉动木块，使它做匀速直线运动，读出此时弹簧测力计的示数F₂；
③比较F₁和F₂的大小得出实验结论．
（2）不正确，实验过程中没有保持相同的压力；
（3）木块不必做匀速直线运动（或弹簧测力计保持静止，便于读数）．
点评：探究摩擦力的实验一般从两个方面进行考查：①控制变量法研究实验的步骤，抓住变量和不变量；②实验中要求拉动木块做匀速直线运动的原因，以及实验的改进方法．