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探究影响滑动摩擦力大小的因素是力学重点实验,该实验能有效考查同学们的科学思维能力和实验探究能力,是中考的高频考点。下面对实验要点及实验拓展进行归纳。
[实验要点]
探究影响滑动摩擦力大小的因素实验需要注意以下几点。(1)转化法的应用:用弹簧测力计水平拉动物块,使其做匀速直线运动。根据二力平衡可知,滑动摩擦力的大小等于拉力的大小(即弹簧测力计的示数)。这种测量滑动摩擦力的方法为转换法。(2)控制变量法的应用:①探究滑动摩擦力的大小與压力的关系时,应控制接触面粗糙程度不变,改变物块对接触面的压力,观察弹簧测力计示数;②探究滑动摩擦力的大小与接触面粗糙程度的关系时,应控制压力不变,改变接触面的粗糙程度,观察弹簧测力计示数。(3)分析实验数据或现象归纳出实验结论为:滑动摩擦力的大小与接触面所受的压力和接触面的粗糙程度有关。①在压力一定的情况下,接触面越粗糙,滑动摩擦力越大;②在接触面粗糙程度一定的情况下,压力越大,滑动摩擦力越大。(4)实验注意事项:①拉力的方向必须水平,且使木块在长木板上做匀速直线运动;②必须在弹簧测力计示数稳定后才能读数; ③木块的运动速度不能太慢,否则木块不易达到匀速直线运动的状态。
[实验拓展]
(1)在实际的实验操作中,物体不易达到匀速直线运动的状态,应如何改进?
如图1所示,将弹簧测力计一端固定,另一端钩住木块,木块下面是一长木板,实验时拉着长木板沿水平面运动。改进后的优点:不需要控制木板做匀速直线运动,便于操作;弹簧测力计示数稳定,便于读数。
(2)滑动摩擦力的大小与接触面积大小、物体速度有关系吗?如何设计实验来探究?
①探究与接触面积的关系。思路:保证压力、接触面粗糙程度和物体运动速度不变,只改变接触面积的大小。操作:用同一个长方体木块,先平放在水平面上,使其在水平面上做匀速直线运动,然后将同一个长方体木块竖放在同一个水平面上,以相同的速度做匀速直线运动,比较弹簧测力计的示数。
②探究与运动速度的关系。思路:保证压力、接触面粗糙程度和接触面积不变,只改变物体运动速度。操作:用同一个长方体木块,先平放在水平面上,以一定的速度使其在水平面上做匀速直线运动,然后增大速度,仍然使其做匀速直线运动,比较前后两次弹簧测力计的示数。
[能力提升]
例1(2020·辽宁·葫芦岛)下面是岳岳探究“滑动摩擦力大小与哪些因素有关”的实验。
(1)如图2所示,将一个木块放在长木板上,用弹簧测力计沿水平方向______________拉动,根据____________原理可以测出木块受到的滑动摩擦力为____________N。
(2)如图3所示,在木块上放一个重物,重复上面的操作,比较图2、图3两图中弹簧测力计的示数可探究滑动摩擦力大小与____________的关系。
(3)为了方便操作,岳岳对实验进行了如图4所示的改进,将弹簧测力计固定,拉动木块下的毛巾,木块相对地面保持静止,这样改进后____________(填“需要”或“不需要”)匀速拉动毛巾。比较图2、图4两图可得出:压力相同时,____________滑动摩擦力越大。
答案:(1)匀速 二力平衡 2.6 (2)压力大小 ( 3 )不需要 接触面越粗糙
例2(2020·陕西)为探究影响滑动摩擦力大小的因素,实验小组的同学用如图5所示的装置和器材进行实验。
(1)将木块平放在水平长木板上,用弹簧测力计沿____________方向拉动,使其做____________运动,此时弹簧测力计示数等于木块所受滑动摩擦力的大小。
(2)在木块上加放砝码,是为了探究滑动摩擦力大小与____________的关系;在长木板上铺上棉布或毛巾,是为了探究滑动摩擦力大小与接触面____________的关系。
(3)实验中,大家发现弹簧测力计示数很难稳定,于是设计了如图6所示的装置来进行实验。水平传送带的速度可以调节,定滑轮摩擦忽略不计。
①启动传送带,当弹簧测力计的示数稳定后,木块相对于地面____________,此时弹簧测力计示数等于木块所受滑动摩擦力的大小,木块所受滑动摩擦力的方向沿水平向____________。
②某次实验中,当弹簧测力计的示数稳定后,改变传送带的速度大小,大家发现弹簧测力计的示数没有改变,说明木块所受滑动摩擦力的大小与传送带的速度大小____________。
答案:(1)水平 匀速直线 (2)压力大小 粗糙程度 (3)①静止 左 ②无关
(作者单位:山东省枣庄市第二十九中学)
[实验要点]
探究影响滑动摩擦力大小的因素实验需要注意以下几点。(1)转化法的应用:用弹簧测力计水平拉动物块,使其做匀速直线运动。根据二力平衡可知,滑动摩擦力的大小等于拉力的大小(即弹簧测力计的示数)。这种测量滑动摩擦力的方法为转换法。(2)控制变量法的应用:①探究滑动摩擦力的大小與压力的关系时,应控制接触面粗糙程度不变,改变物块对接触面的压力,观察弹簧测力计示数;②探究滑动摩擦力的大小与接触面粗糙程度的关系时,应控制压力不变,改变接触面的粗糙程度,观察弹簧测力计示数。(3)分析实验数据或现象归纳出实验结论为:滑动摩擦力的大小与接触面所受的压力和接触面的粗糙程度有关。①在压力一定的情况下,接触面越粗糙,滑动摩擦力越大;②在接触面粗糙程度一定的情况下,压力越大,滑动摩擦力越大。(4)实验注意事项:①拉力的方向必须水平,且使木块在长木板上做匀速直线运动;②必须在弹簧测力计示数稳定后才能读数; ③木块的运动速度不能太慢,否则木块不易达到匀速直线运动的状态。
[实验拓展]
(1)在实际的实验操作中,物体不易达到匀速直线运动的状态,应如何改进?
如图1所示,将弹簧测力计一端固定,另一端钩住木块,木块下面是一长木板,实验时拉着长木板沿水平面运动。改进后的优点:不需要控制木板做匀速直线运动,便于操作;弹簧测力计示数稳定,便于读数。
(2)滑动摩擦力的大小与接触面积大小、物体速度有关系吗?如何设计实验来探究?
①探究与接触面积的关系。思路:保证压力、接触面粗糙程度和物体运动速度不变,只改变接触面积的大小。操作:用同一个长方体木块,先平放在水平面上,使其在水平面上做匀速直线运动,然后将同一个长方体木块竖放在同一个水平面上,以相同的速度做匀速直线运动,比较弹簧测力计的示数。
②探究与运动速度的关系。思路:保证压力、接触面粗糙程度和接触面积不变,只改变物体运动速度。操作:用同一个长方体木块,先平放在水平面上,以一定的速度使其在水平面上做匀速直线运动,然后增大速度,仍然使其做匀速直线运动,比较前后两次弹簧测力计的示数。
[能力提升]
例1(2020·辽宁·葫芦岛)下面是岳岳探究“滑动摩擦力大小与哪些因素有关”的实验。
(1)如图2所示,将一个木块放在长木板上,用弹簧测力计沿水平方向______________拉动,根据____________原理可以测出木块受到的滑动摩擦力为____________N。
(2)如图3所示,在木块上放一个重物,重复上面的操作,比较图2、图3两图中弹簧测力计的示数可探究滑动摩擦力大小与____________的关系。
(3)为了方便操作,岳岳对实验进行了如图4所示的改进,将弹簧测力计固定,拉动木块下的毛巾,木块相对地面保持静止,这样改进后____________(填“需要”或“不需要”)匀速拉动毛巾。比较图2、图4两图可得出:压力相同时,____________滑动摩擦力越大。
答案:(1)匀速 二力平衡 2.6 (2)压力大小 ( 3 )不需要 接触面越粗糙
例2(2020·陕西)为探究影响滑动摩擦力大小的因素,实验小组的同学用如图5所示的装置和器材进行实验。
(1)将木块平放在水平长木板上,用弹簧测力计沿____________方向拉动,使其做____________运动,此时弹簧测力计示数等于木块所受滑动摩擦力的大小。
(2)在木块上加放砝码,是为了探究滑动摩擦力大小与____________的关系;在长木板上铺上棉布或毛巾,是为了探究滑动摩擦力大小与接触面____________的关系。
(3)实验中,大家发现弹簧测力计示数很难稳定,于是设计了如图6所示的装置来进行实验。水平传送带的速度可以调节,定滑轮摩擦忽略不计。
①启动传送带,当弹簧测力计的示数稳定后,木块相对于地面____________,此时弹簧测力计示数等于木块所受滑动摩擦力的大小,木块所受滑动摩擦力的方向沿水平向____________。
②某次实验中,当弹簧测力计的示数稳定后,改变传送带的速度大小,大家发现弹簧测力计的示数没有改变,说明木块所受滑动摩擦力的大小与传送带的速度大小____________。
答案:(1)水平 匀速直线 (2)压力大小 粗糙程度 (3)①静止 左 ②无关
(作者单位:山东省枣庄市第二十九中学)