Question

在研究摩擦力的大小與什么因素有關的實驗中，選用的器材有：長方體木塊、讀數準確的彈簧測力計，一面較光滑一面較粗糙的長木板、鉤碼若干．同學們提出了以下幾種猜測想：

A：摩擦力的大小與物體運動的速度有關；
B：摩擦力的大小與物體間的接觸面積大小有關；
C：摩擦力的大小與物體間的接觸面的粗糙程度有關；
D：摩擦力的大小與壓力大小有關．
（1）實驗裝置的組裝如圖甲所示，實驗中要用彈簧測力計水平勻速拉動木塊，根據

 

可知，此時木塊所受的滑動摩擦力大小等于彈簧測力計的示數．
（2）下表是小明同學設計并記錄的實驗數據表格：

實驗次數	壓力	長木板表面	木塊放置	木塊運動快慢	彈簧測力計的示數/N
1	一個木塊	較光滑	平放	很慢	2.2
2	一個木塊	較光滑	平放	慢	2.2
3	一個木塊	較光滑	平放	較快	2.2

小明同學的實驗可以驗證猜想

 

（選填猜想序號）是

 

（選填“正確”或“錯誤”）的．
（3）如果他要驗證猜想C，他的操作步驟應是：
a、

 

；
b、

 

．
（4）采用如圖甲所示的實驗裝置測量木塊與長木塊之間的摩擦力時，發現讀數，其原因是

 

．為了解決上述問題，小娟對實驗裝置進行了改進，用圖乙所示的裝置進行實驗，解決了上述問題，這是因為

 

．

Answer 1

分析：（1）實驗中研究的是木塊受到的滑動摩擦力的大小，彈簧測力計測量的是木塊受到的拉力，只有木塊做勻速直線運動時拉力的大小才等于摩擦力；
（2）要探究摩擦力的大小與多個因素的關系，就要用到控制變量法，利用實驗中操作過程和數據反映出來的相同點和不同點結合控制變量法的思想從而可以確定實驗的探究目的；
（3）要驗證猜想B，應該控制壓力大小、接觸面的粗糙程度都不會發生變化，速度這個因素已經探究，只能考慮接觸面的大小這個因素．
（4）此實驗的思路是利用二力平衡的條件，通過彈簧測力計的示數來得到摩擦力的大小，因此是否能保持正方體木塊勻速直線運動或靜止狀態是實驗是否合理的關鍵．

解答：解：（1）用彈簧測力計勻速拉動木塊時，木塊做勻速直線運動受到的力是平衡力，根據二力平衡的知識，此時摩擦力的大小等于彈簧測力計對木塊拉力的大小；
（2）三次實驗，使用的是同一木塊，木塊的壓力不變；在同一接觸面上，接觸面的粗糙程度不變；根據表中的數據可知，拉動的速度不同，利用控制變量法的思想可知，探究的是摩擦力與物體運動速度的關系，故選A．彈簧測力計的示數不變，說明摩擦力大小和運動速度大小無關．
（3）根據控制變量法的思想，要探究與哪個因素有關，就要改變哪個因素，要驗證猜想B，必須控制接觸面大小不同，其余因素壓力、接觸面的粗糙程度不變，由于是個長方體木塊，接觸面的大小可以改變，所以分別將木塊平放和側放，然后用彈簧測力計勻速拉動，讀出彈簧測力計的示數，觀察摩擦力的大小是否與物體之間的接觸面的大小有關．
（4）由于在拖動正方體木塊時，很難讓木塊保持勻速直線運動狀態，才導致了彈簧測力計的示數不穩定；當拉動長木板運動的過程中，正方體木塊保持靜止狀態，根據二力平衡的條件知：此時彈簧測力計的示數等于摩擦力的大小．無論長木板是否做勻速直線運動，正方體木塊都處于靜止狀態（即平衡狀態），這樣拉力等于摩擦力，而且無論拉木板速度多少，摩擦力都一樣，不改變摩擦力大小．所以容易讀數．
故答案為：（1）二力平衡；（2）A；錯誤；（3）a、把木塊平放在長木板上用彈簧測力計水平勻速拉動，讀出彈簧測力計的示數F₁；b、把木塊側放在長木板同一面上用彈簧測力計水平勻速拉動，讀出彈簧測力計的示數F₂；（4）很難保持木塊做勻速直線運動；無論長木板怎樣運動，木塊都處于靜止狀態，便于讀數．

點評：（1）這個實驗來源于課本上探究摩擦力大小與哪個因素有關的演示實驗，在原實驗的基礎上進行了延伸拓展，又增加了幾個因素；
（2）本題也是控制變量法思想的應用，明確變量和不變量是解題的關鍵．
（3）把握住是否能保持正方體木塊勻速直線運動或靜止狀態，是解答此題的關鍵所在．