探究影响滑动摩擦力大小的因素

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  一、实验准备
  
  1 实验器材的准备
  长方体木块、砝码、弹簧测力计、木板、棉布、毛巾。
  
  2 实验技能的准备
  (1)会用弹簧测力计测量力的大小。
  (2)知道测量滑动摩擦力的方法:将木块置于水平木板上,用弹簧测力计沿水平方向拉动木块,使木块做匀速直线运动,此时木块所受滑动摩擦力的大小等于弹簧测力计的示数。
  


  
  二、实验探究过程
  
  1 提出问题
  影响滑动摩擦力大小的因素可能有哪些?
  
  2 经验猜想
  当手上有油时,不容易握住玻璃瓶;骑自行车刹车时,要用力捏刹把。这就容易产生以下猜想:影响滑动摩擦力大小的因素可能与接触面的粗糙程度、物体对接触面的压力、接触面积的大小有关。
  
  3 设计实验
  在探究实验的设计中,要解决三个方面的问题:①如何改变接触面的粗糙程度?②如何改变物体对接触面压力的大小?③如何改变接触面积的大小?
  解决的方法:①在木板上分别放置棉布和毛巾;②在木块上加砝码;③将长方体木块分别平放和侧放。在具体操作时;还要注意变量的控制。
  
  4 实验过程
  (1)将木块置于水平木板上,用弹簧测力计水平拉动木块做匀速直线运动,记下弹簧测力计的示数F1。
  (2)在木板上分别铺棉布、毛巾,用弹簧测力计水平拉动木块,使木块分别在棉布和毛巾上做匀速直线运动,依次记下弹簧测力计示数F2、F3。
  (3)在木块上放上砝码,用弹簧测力计水平拉动木块在木板上做匀速直线运动。记下弹簧测力计的示数F4。
  (4)将木块侧放在木板上,用弹簧测力计水平拉动木块,使木块做匀速直线运动,记下弹簧测力计的示数F5。
  


  
  5 归纳结论
  (1)比较F1、F2、F3的大小得出:滑动摩擦力的大小与接触面的粗糙程度有关。接触面越粗糙,滑动摩擦力越大。
  (2)比较F1和F4的大小得出:滑动摩擦力的大小与物体对接触面的压力有关,压力越大,滑动摩擦力越大。
  (3)比较F1和F5的大小得出:在一定范围内,滑动摩擦力的大小与接触面积的大小无关。这里的一定范围,是指在接触面不发生明显形变的情况下。
  
  三、探究实验应用例析
  
  例1在探究“摩擦力的大小与什么因素有关”时,小华同学根据自己推箱子时,箱子越重,推起来越费力,提出了“影响摩擦力大小的因素可能与接触面受到的压力有关”的猜想;小辉同学根据自己推箱子时,地面越粗糙,推起来越费力,提出了“影响摩擦力大小的因素可能与接触面的粗糙程度有关”的猜想。图1是验证他们猜想的实验装置图。
  ①小辉同学为了完成他自己的探究应按
  两图进行。
  ②若小华选用正确的实验装置进行实验,得到下表所记录的实验数据,请根据数据在所给坐标图2中作出摩擦力的大小,与接触面受到的压力大小F之间的关系图像。
  ③根据图像可以得出f与N的关系是:__________。
  ④小华和小辉同学在实验中都应使小车做__________运动。
  解析小辉同学探究的是“影响摩擦力大小的因素可能与接触面的粗糙程度有关”。因此,在探究实验中要保持物体对接触面的压力和接触面积的大小不变;由记录的实验数据和画出的图像很容易判断出f与F的关系;测量滑动摩擦力时,物体要做匀速直线运动。
  解答 (1)甲、丙 (2)图略 (3)厂与F成正比(4)匀速直线
  例2如图3所示是小明“探究影响滑动摩擦力大小的因素”的实验。铜块和木块的大小和形状完全相同,实验时,用弹簧测力计拉着物体沿水平方向做匀速直线运动。
  (1)比较甲、乙两图,可得到的结论是_____________________________。
  (2)囹乙、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。若物体不是做匀直线速运动。而是做加速直线运动,弹簧测力计读数__________摩擦力;若物体做减速直线运动。则弹簧测力计的读数
  摩擦力(选填“大于”“等于”或“小于”)。
  (4)实验时,小明先在竖直方向上对弹簧测力计调零。然后用弹簧测力计拉着物体沿水平方向做匀速直线运动,则测出的摩擦力__________实际摩擦力(选填“大于”“等于”或“小于”)。
  (5)实际操作时,手拉着弹簧测力计做匀速直线运动是较难做到的。因而测力计的读数不一定等于摩擦力的大小。请你提出一个改进的方法,确保测力计的读数等于摩擦力的大小。你的做法(画图或文字说明):______________________________。
  解析从甲、乙两图可以看出:物体接触面的粗糙程度相同,物体对接触面的压力不同:铜块叠加在木块上和木块叠加在铜块上时,对接触面的压力相等;根据物体在非平衡力作用下的运动规律,拉力大于阻力时,物体做加速直线运动。拉力小于阻力时,物体做减速直线运动;与水平方向相比,弹簧测力计在竖直方向上要受秤杆和秤钩重力的影响;在图3所示的实验中,用弹簧测力计拉物体做匀速直线运动比较难,可以利用物体运动的相对性特点,采用图4的方法,使物体静止,木板运动。
  解答 (1)接触面粗糙程度相同时,压力越大,滑动摩擦力越大(2)压力大小(3)2.2大于 小于 (4)小于 (5)做法如图4所示。
  例3如图5所示,同一水平桌面上放有长方体木块和铁块各一个。现想探究木块和铁块的下表面谁更粗糙,请你只利用一个量程满足实验要求的弹簧测力计,设计一个实验来验证你的猜想。写出实验的步骤和分析实验的结果。
  解析根据题目中提供的器材。找出辨别的方法是解答本题的关键。弹簧测力计是测量力的工具。所以本题只能通过比较力的大小的方法设计实验。由于滑动摩擦力的大小与接触面的粗糙程度有关,因此,探究木块和铁块的下表面谁更粗糙。可以通过在压力相同时,比较滑动摩擦力大小的方法加以辨别。在没有经过具体实验的情况下。是不可能得到定性的实验结论的。所以在分析实验的结果时,要考虑设计的实验方案在具体操作时可能产生的各种结果,结论不能定性。
  解答实验步骤:(1)将铁块放在木块上,用弹簧测力计水平匀速拉动木块,记下弹簧测力计示数F1;(2)将木块放在铁块上,用弹簧测力计水平匀速拉动铁块,记下弹簧测力计示数F2实验结果:若F1>F2,则木块下表面粗糙;若F1
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