实验17-探究影响摩擦力大小的因素

实验17 探究影响摩擦力大小的因素典例1 小明用图示装置探究滑动摩擦力大小与接触面粗糙程度的关系下列操作正确的是（）A在木块上加放砝码 B保持接触面粗糙程度不变C使木块侧放减小接触面积 D沿水平方向匀速拉动木块解析：选项A，木块上加放砝码，增大了木块对平面的压力，是研究摩擦力与压力大小的关系，与题意不符；选项B，实验正是研究摩擦力的大小与接触面粗糙程度的关系，接触面的粗糙程度应该是个变量，显然保持接触面的粗糙程度不变不符合题意；选项C，木块侧放减小接触面积，研究的是摩擦力的大小与接触面积大小的关系，与题意不符；选项D，无论研究摩擦力的大小与压力大小、接触面粗糙程度、接触面积的大小这三个变量中哪一个变量的关系，都应该沿水平方向匀速拉动木块因为根据二力平衡的知识，只有木块做匀速直线运动时，受到的摩擦力才等于弹簧测力计拉力的大小。本题答案为D。 点评：注意本题的问题是“在研究滑动摩擦力的大小与接触面粗糙程度的关系”实验中，属于正确操作的步骤，要求学生必须掌握这个探究实验的全部步骤，理解每一个实际操作的物理意义典例2 在“探究滑动摩擦力大小与哪些因素有关”的实验中，同学们提出了以下几种猜想：A与物体运动的速度有关 B与物体间的接触面积大小有关 C与物体间的接触面的粗糙程度有关 D与压力大小有关实验室提供的器材有：一面较光滑一面较粗糙的长木板、两个带钩的长方体木块和一支弹簧测力计。（1）实验中要用弹簧测力计水平匀速拉动木块，是因为由 知识可知，此时木块所受的滑动摩擦力等于弹簧测力计的示数。（2）下表是小李同学设计并记录的实验数据表格：实验次数压力长木板表面木块放置木块运动快慢弹簧测力计的示数/N1一个木块较光滑平放很慢2.22一个木块较光滑平放慢2.23一个木块较光滑平放较快2.2小李同学的实验可以验证猜想 （填猜想序号）是 （填“正确”或“错误”）的。他在实验中采用的方法是 。（3）如果他要验证猜想B，他的操作步骤应是：a ；b 。解析：（1）用弹簧测力计匀速拉动木块时，木块做匀速直线运动受到的力是平衡力，根据二力平衡的知识，此时摩擦力的大小等于弹簧测力计对木块拉力的大小；（2）三次实验，使用的是同一木块，木块的压力不变；在同一接触面上，接触面的粗糙程度不变；根据表中的数据可知，拉动的速度不同，利用控制变量法的思想可知，探究的是摩擦力与物体运动速度的关系，故选A弹簧测力计的示数不变，说明摩擦力大小和运动速度大小无关（3）根据控制变量法的思想，要探究与哪个因素有关，就要改变哪个因素，要验证猜想B，必须控制接触面大小不同，其余因素压力、接触面的粗糙程度不变，由于是个长方体木块，接触面的大小可以改变，所以分别将木块平放和侧放，然后用弹簧测力计匀速拉动，读出弹簧测力计的示数，观察摩擦力的大小是否与物体之间的接触面的大小有关答案：（1）二力平衡 （2）A；错误；控制变量法 （3）a.把木块平放在长木板上用弹簧测力计水平匀速拉动，读出弹簧测力计的示数F1；b.把木块侧放在长木板同一面上用弹簧测力计水平匀速拉动，读出弹簧测力计的示数F2（或a说出操作方法b得出分析结论也可）点评：（1）这个实验来源于课本上探究摩擦力大小与哪个因素有关的演示实验，在原实验的基础上进行了延伸拓展，又增加了几个因素；（2）本题也是控制变量法思想的应用，明确变量和不变量是解题的关键。实验17 探究影响摩擦力大小的因素针对练习1以下几个验证性小实验，其中有错误的是（ ）A冬天将玻璃片从室外拿到室内，发现它上面有一层雾，说明降低温度可以使气体液化B将滚摆从最高点放手后，发现它上下运动，说明动能和重力势能可以相互转化C用弹簧测力计沿着木板将物体匀速拉动到某一高度，发现用长木板比短木扳拉动时测力计示数小，说明相同情况下斜面越长越省力D在水平桌面上用弹簧测力计拉着小车做匀速直线运动，发现车轮朝下比车轮朝上拉动时测力计示数小，说明相同条件下接触面越光滑摩擦力越小1.D 解析：选项ABC均正确；选项D，说明相同条件下滚动摩擦小于滑动摩擦。本题答案为D。2锯子的锯齿都“东倒西歪”，不在同一平面内小明猜想这是为了减小锯木头时的阻力，并设计实验检验猜想以下设计方案最佳的是（ ）A用同一把拨正锯齿的锯子分别锯硬木头和软木头，比较用力情况B用同一把锯子，分别在“东倒西歪”和拨正锯齿时锯同一硬木头，比较用力情况C用一把“东倒西歪”和另一把拨正锯齿的锯子分别锯同一硬木头，比较用力情况D用一把“东倒西歪”和另一把拨正锯齿的锯子分别锯同一软木头，比较用力情况 2.B 解析：要探究“东倒西歪”的锯齿对锯木头时阻力的影响，应采取控制变量法，只改变锯齿的形状，控制其它的可变因素相同，如同一把锯子、同一块硬木头等；然后比较用力情况；分析比较四个选项可知：只有B选项是只改变锯齿的形状，控制其它的可变因素相同，来比较用力情况；符合题意3如图所示是“探究滑动摩擦力的大小与哪些因素有关”的实验（1）实验中为了测量滑动摩擦力的大小，应用弹簧测力计沿水平方向 拉动木块；实验数据如下：（2）分析 (选填序号)两次实验数据可以得出滑动摩擦力与接触面粗糙程度的关系；（3）在第一次实验中如果用0.5N的力水平拉动木块，则木块受到的滑动摩擦力为 N（1）比较甲乙两图，可得出的结论是在粗糙程度相同时， 。（2）图乙丙中铜块和木块叠在一起的目的是使 相同。（3）图甲中弹簧测力计的读数是 N。若图甲铜块以2v速度做匀速直线运动，则弹簧测力计的示数将 （填“变大”、“变小”或“不变”）。 4.（1）压力越大，滑动摩擦力越大 （2）压力大小 （3）2 不变5为了探究滑动摩擦力的大小与速度大小的关系，应控制接触面的粗糙程度和 不变，测出物体在不同速度下的摩擦力大小。如图所示，用力拉这长木板向右滑动，铝块很快处于静止状态，弹簧测力计对铝快的拉力 铝块受到的摩擦力（填“大于”、“小于”、“等于”）。分别用不同的速度拉动长木板，弹簧测力计的示数都相同，这说明滑动摩擦力的大小与速度大小 （填“有关”、“无关”）5.压力；等于；无关6某物理小组在一次探究活动中测量滑块与木板之间的滑动摩擦力。实验装置如图所示，一表面粗糙的木板固定在水平桌面上，木板上的滑块通过轻绳绕过定滑轮，绳的另一端悬挂托盘。实验时，在托盘中放入适量的砝码，使滑块做匀速直线运动。回答下列问题：（1）为了测量滑块的滑动摩擦力，需要测量的物理量是。(填选项前的编号)木板的质量m1 滑块的质量m2 砝码的质量m3 托盘和砝码的总质量m4（2）滑块的滑动摩擦力表达式为f。(用已知或测量的物理量符号表示)（3）该实验的理论依据是：。（4）该实验存在一些不足之处，请你写出其中的一点:。6.（1） （2）m4g （3）二力平衡（或滑块匀速直线地运动时，拉力等于滑动摩擦力（4）难以控制滑块恰好做匀速直线运动（或砝码的质量不连续）解析：（1）滑块在水平木板上做匀速直线运动，说明滑块处在平衡状态，滑块在水平方向上受到的水平向左的滑动摩擦力和水平向右的绳子的拉力是一对平衡力，所以摩擦力的大小等于绳子拉力的大小，而绳子对滑块的拉力等于托盘和砝码的总重量m4g，所以为了测量滑块的滑动摩擦力，需要测量的物理量是托盘和砝码的总质量m4，本题答案为D。（2）根据（1）的分析，滑块的滑动摩擦力表达式为f=m4g。（3）根据（1）的分析，该实验的理论依据是二力平衡。（4）该实验存在一些不足之处，比如难以控制滑块恰好做匀速直线运动（或砝码的质量不连续）等。7下图是小宇“探究摩擦力大小与什么因素有关”的实验操作过程，铁块和木块的大小、形状完全相同，木块表面比铁块表面粗糙。实验时，小宇用弹簧测力计拉动物体在水平放置的长木板上做匀速直线运动。（1）甲图中铁块受到的摩擦力是 N。（2）比较甲、乙两图，可得到的结论是 。（3）乙、丙两图中铁块和木块叠放在一起的目的是使 相同，比较乙、丙两图可得出摩擦力的大小与 有关。（4）实验时，小宇先在竖直方向上对弹簧测力计调零，然后用弹簧测力计拉动物体在水平放置的长木板上做匀速直线运动，则测出的摩擦力 (填“大于”、“等于”或“小于”)实际摩擦力。7.解析：（1）弹簧测力计拉动物体在水平放置的长木板上做匀速直线运动，因此铁块受到的拉力和摩擦力大小相等，拉力大小等于弹簧测力计的示数；弹簧测力计分度值为0.2N，指针指在1N下面第3个小格上，示数为1N+0.2N3=1.6N，因此受到的摩擦力为1.6N。（2）甲、乙两图，接触面的粗糙程度相同，压力大小不同，弹簧测力计的示数也不同，可得到的结论是：接触面粗糙程度相同时，压力越大，滑动摩擦力越大；（3）乙、丙两图中铁块和木块叠放在一起，控制了压力大小相同，与长木板的接触面不同，粗糙程度不同，摩擦力大小不同，因此探究的是摩擦力大小与接触面粗糙程度的关系；（4）实验时，小明先在竖直方向上对弹簧测力计调零，然后弹簧测力计要在水平方向上使用就要调零，因为在竖直方向上由于弹簧重力弹簧比在水平方向上要长，若不调零指针指在零刻度线的上方，导致测量结果小于摩擦力答案：（1）1.6 （2）接触面粗糙程度相同，压力越大，摩擦力越大 （3）压力、接触面粗糙程度 （4）小于 8在探究“滑动摩擦力的大小与哪些因素有关”的实验中（1）小红的三次实验情况分别如图中（a）（b）（c）所示，实验时，用弹簧测力计拉木块在水平木板（或毛巾）上做匀速直线运动，根据 条件可知，这时滑动摩擦力的大小等于弹簧测力计的示数（2）小红在探究“滑动摩擦力的大小与压力的关系”时，利用图中（a）（b）两组数据比较得出：“压力越大，滑动摩擦力就越大”的结论你认为对吗? 你的理由是： 。（3）从图中（a）（c）两组数据比较，你能得出的结论是： 。8.（1）二力平衡 （2）不对；没有保证接触面的材料相同 （3）压力一定时，滑动摩擦力的大小与接触面的材料有关9在“探究摩擦力大小与哪些因素有关”的实验中，同学们提出以下猜想：A与压力大小有关 B与接触面的粗牲程度有关C与接触面积大小有关 D与运动的速度大小有关为了验证以上猜想是否正确，小刚组的同学利用如图所示装置及有关器材进行实验，实验数据如表格所示：序号实验条件测力计示数/N长方体木块的放置表面情况压力/N1平放木板81.62平放木板122.43平放木板163.24侧放木板163.25竖放木板163.26平放木板上铺棉布82.47平放木板上铺毛巾84.0（1）由序号为1、2、3的三次实验，可验证猜想_(填字母)；（2）要验证猜想B，应选取序号为_的三次实验；（3）根据表中信息，能否验证猜想D? _ (填“能”或“不能”)9.（1）A （2）1、6、7 （3）不能解析：长方体木块的放置方式不同，改变的是受力面积，平放时最大，侧放时次之，竖放时最小；木板表面最光滑，其次是棉布，最粗糙的是毛巾。本实验，需要保持滑块匀速运动，这样弹簧测力计显示的示数就是木块受到的摩擦力大小。（1）比较1、2、3的三次实验数据可知，三次实验的接触面积和接触面的粗糙程度相同，只有压力大小不同，所以可验证摩擦力的大小与压力大小有关，即可验证猜想A。 （2）要验证猜想B，即要探究摩擦力与接触面的粗糙程度之间的关系，应该选取其他条件相同，只有表面情况不同的三次实验，即序号为1、6、7的三次实验。（3）根据表中信息，不能验证猜想D；因为若要验证猜想D，需要保持其他条件不同，改变滑块做匀速运动的速度大小，而题中实验没有实现这一条件。10在探究摩擦力的大小与什么因素有关的实验中，选用的器材有：正方体木块，读数准确的弹簧测力计，粗糙程度均匀的长木板等。（1）采用如图甲所示的实验装置测量木块与长木板之间的摩擦力时，发现弹簧测力计示数不稳定，很难读数，其原因是 。（2）为解决上述问题，小娟对实验装置进行了改进，用图乙所示的装置进行实验，解决了上述问题，这是因为 。10.（1）很难保持木块做匀速直线运动 （2）无论长木板怎样运动，木块都处于静止状态，便于读数 解析：（1）由于在拖动正方体木块时，很难让木块保持匀速直线运动状态，才导致了弹簧测力计的示数不稳定；（2）当拉动长木板运动的过程中，正方体木块保持静止状态，根据二力平衡的条件知：此时弹簧测力计的示数等于摩擦力的大小无论长木板是否做匀速直线运动，正方体木块都处于静止状态（即平衡状态），这样拉力等于摩擦力，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11.在图探究滑动摩擦力实验中，弹簧测力计水平拉着木块匀速滑动时，弹簧测力计对木块的拉力与木块受到的滑动摩擦力是一对 。木块因木纹不同，侧面比正面粗糙。小伟选择四种不同的接触面，通过在木块上增减砝码改变压力，对木块受到的滑动摩擦力进行了12次测定，实验数据整理如下表：接触面次数压力/N摩擦力/N接触面次数压力/N摩擦力/N情况一木块正面与木板面11.70.3情况三木块正面与玻璃面7:1.70.423.70.883.71.335.71.295.71.8情况二木块侧面与木板面41.70.6情况四木块侧面与玻璃面101.70.453.71.5113.71.065.72.5125.71.6 （1）表中数据说明：在接触面情况相同时，压力越大，摩擦力越 。接触面情况一、二中，压力相同，木块表面较光滑的摩擦力更 ；接触面情况二、四中，压力相同，木块在玻璃表面上受到的摩擦力更 。接触面情况一、三中，压力相同，木块在玻璃表面上受到的摩擦力更 ；接触面情况三、四中，当压力为1.7N时，两种情况的摩擦力均为0.4N，但随着压力的增大，出现压力相同，木块表面较光滑的摩擦力更 。（2）请你合理猜想实验中出现的“木块在较光滑表面上滑动摩擦力反而更大”的原因：猜想依据：把两块表面干净的铅压紧，能在下面吊一个重物，如图（a）由此猜想：可能是 使摩擦力变大。猜想依据：取两个小吸盘，按图（b）对接，挤出吸盘内部的空气后不容易拉开由此猜想：可能是 使摩擦力变大。