Question

5．如圖所示，同一水平桌面上放有體積相同的實心長方體木塊和鐵塊各一個．現想“探究木塊和鐵塊的下表面誰更粗糙”？小明同學設計了如下的方案：
分別用彈簧測力計沿水平方向拉著木塊和鐵塊在水平桌面上做勻速直線運動，讀出示數為F_木和F_鐵，若F_木＞F_鐵則木塊的下表面比鐵塊更粗糙．小明的方案是否合理否（選填：“是”或“否”）．
若要正確區分木塊和鐵塊的粗糙，你的操作步驟是：
第一步：木塊置于鐵塊上，用彈簧測力計沿水平方向勻速直線拉動鐵塊，記下測力計示數F₁；
第二步：鐵塊置于木塊上，用彈簧測力計沿水平方向勻速直線拉動木塊，記下測力計示數F₂；
推導結論：
①若F₁＞F₂，可以判定鐵塊比木塊下表面粗糙；
②若F₁＜F₂，可以判定木塊比鐵塊下表面粗糙；
③用彈簧測力計分別拉動木塊和鐵塊一起勻速直線運動，根據兩次測力計的示數相等，可以判定鐵塊與木塊下表面一樣光滑．
④拓展探究：實驗中，小華同學將木塊沿豎直方向截去一半后，若用彈簧測力計沿水平方向拉動木塊勻速運動，測得木塊所受的滑動摩擦力變為原來一半．由此，他得出結論：滑動摩擦力的大小隨接觸面積的減小而減小．你認為小華同學探究過程中存在的主要問題是：此次實驗沒有控制木塊對水平面的壓力相同．

Answer 1

分析 （1）在研究多變量問題時，一定要采用控制變量法；此題中，摩擦力大小跟壓力大小和接觸面的粗糙程度有關．若研究摩擦力和接觸面的粗糙程度之間的關系，就必須控制壓力一定，可據此對實驗方案進行評價，看是否合理；
（2）因為滑動摩擦力的大小與壓力大小和接觸面的粗糙程度有關，所以要探究接觸面的粗糙程度，需要控制壓力大小相同．因此可以想辦法使兩個物體疊放起來，讓木塊和鐵塊分別與桌面接觸，勻速拉動記下兩次讀數；
（3）根據兩次測力計讀數的大小可以得到實驗結論．

解答 解：
（1）由于摩擦力的大小與壓力大小和接觸面的粗糙程度都有關，根據控制變量法的思想，在研究摩擦力和粗糙程度的關系時，應控制壓力相同；已知木塊和鐵塊的體積相同，但鐵的密度要大，即鐵塊的重力大，對地面的壓力也大，顯然不符合控制變量法的要求；
（2）摩擦力跟壓力和接觸面粗糙程度有關，木塊和鐵塊疊放在一起保持壓力一定，先木塊做接觸面，后鐵塊做接觸面，從而改變接觸面粗糙程度．
第一步：木塊置于鐵塊上，用彈簧測力計沿水平方向勻速直線拉動鐵塊，記下測力計示數F₁；
第二步：鐵塊置于木塊上，用彈簧測力計沿水平方向勻速直線拉動木塊，記下測力計示數F₂；
（3）通過比較F₁、F₂的大小，來得出木塊、鐵塊哪個的下表面更加粗糙，
若（勻速拉動鐵塊時測力計示數大于拉木塊時測力計的示數）F₁＞F₂；若（勻速拉動木塊時測力計示數大于拉鐵塊時測力計的示數）F₁＜F₂；
（4）將木塊沿豎直方向截去一半后，雖然面積減小了，但是壓力也減小了，所以此次實驗沒有控制木塊對水平面的壓力相同．
故答案為：否；木塊置于鐵塊上，用彈簧測力計沿水平方向勻速直線拉動鐵塊，記下測力計示數F₁；鐵塊置于木塊上，用彈簧測力計沿水平方向勻速直線拉動木塊，記下測力計示數F₂；①F₁＞F₂；②F₁＜F₂；④此次實驗沒有控制木塊對水平面的壓力相同．

點評 在多變量的探究實驗中，一定要注意控制變量法的運用，即：保持被研究變量不同，而控制其他因素一定；控制變量法是初中階段的一個重要思想方法，在大部分的實驗或探究類試題中都會涉及，應熟練掌握．