Question

若兩個相互接觸擠壓的物體，在外力作用下有相對滑動趨勢，而又未發生相對滑動，則它們接觸面之間出現的阻礙發生相對滑動的力，叫靜摩擦力．
小明同學為了研究靜摩擦力，做了下面的實驗：
①小明用手握住一只質量為100g的柱形玻璃杯，使杯子靜止在手中（杯口水平）；
②保持握杯的力不變，緩慢向杯內加入50g的水，杯子在手中始終保持靜止；
③保持握杯的力不變，繼續緩慢向杯內加水，直至杯中水的質量增加到500g時，杯子恰好要下滑，這時稍許加大握杯的力，杯子又靜止．
④繼續緩慢向杯中加水，當杯中的水又增加了一定量時，杯子恰好又要下滑，再次加大握杯的力，杯子又靜止．
請根據要求，回答問題：
（1）實驗中所用的杯子重為______N；步驟①中杯子受到的靜摩擦力為______N；
（2）分析步驟①、②的現象，可知杯子（包括杯內水）受到的總重力增大時，手與杯壁間的靜摩擦力的______（選填“增大”、“減小”、“不變”）．杯中水增加時，杯底受到水的壓
強______（選填“增大”、“減小”、“不變”）．
（3）分析步驟③、④的現象，發現手握杯的力一定時，手與杯壁間靜摩擦力有一個最大值，當杯子所受的總重力大于這個最大值時，杯子會下滑．
小明猜想：物體間靜摩擦力的最大值與物體間的壓力有關，壓力越大，靜摩擦力的最大值就越大．
請你設計一個簡單實驗，驗證小明的猜想是否正確．
實驗器材：木塊一個，砝碼若干，______．（補充所缺器材）
簡要做法：______．如何判斷：______．

Answer 1

【答案】分析：（1）知道杯子的質量，根據G=mg求出被抓到重力．
（2）靜止的物體受到平衡力的作用，根據平衡力條件進行判斷．
（3）知道液體的密度和深度，根據液體壓強公式進行判斷．
（4）摩擦力大小跟壓力大小和接觸面粗糙程度有關，探究最大靜摩擦力跟壓力大小關系時，控制接觸面粗糙程度不變，改變壓力大小，用彈簧測力計恰好拉動物體時，測量最大靜摩擦，觀察最大靜摩擦力和壓力大小的關系．
解答：解：（1）G=mg=0.1kg×9.8N/kg=0.98N．
質量為100g的杯子豎直靜止在手中，杯子豎直方向上受到豎直向下的重力和豎直向上的靜摩擦力作用，這兩個力是平衡力，大小相等，重力是0.98N，所以靜摩擦力也是0.98N．
（2）杯子和水的重增加時，杯子還靜止在手中，杯子和水受到的重力和杯子受到的靜摩擦力是一對平衡力，大小相等，所以杯子和水的重增大，杯子受到的靜摩擦力也在增大．
杯子中的水增加時，水的密度不變，水的深度增大，根據p=ρgh，所以杯子底受到水的壓強增大．
（3）①要用彈簧測力計測量拉力大小，間接測量最大靜摩擦力大小．所以需要增加彈簧測力計．
②簡要做法：用彈簧測力計沿水平方向由小到大對置于水平面桌面的木塊施力，記下恰好拉動木塊時的拉力．在木塊上分別加上一個砝碼、二個砝碼、三個砝碼，重復上述過程；
③如何判斷：若每次的拉力相等，則說明猜想錯誤；若壓力增大，拉力增大，則說明猜想正確．
故答案為：（1）0.98；0.98；（2）增大；增大；
（3）實驗器材：彈簧測力計；
簡要做法：用彈簧測力計沿水平方向由小到大對置于水平面桌面的木塊施力，記下恰好拉動木塊時的拉力．在木塊上分別加上一個砝碼、二個砝碼、三個砝碼，重復上述過程；
如何判斷：若每次的拉力相等，則說明猜想錯誤；若壓力增大，拉力增大，則說明猜想正確．
點評：（1）靜止的物體受到平衡力的作用，根據平衡力條件判斷力的大小和方向是比較常用的一種方法．
（2）靜摩擦力和滑動摩擦力是不同的．在壓力不變和接觸面不變時，靜摩擦力可以變化；滑動摩擦力在壓力和接觸面不變時，滑動摩擦力是不變的．