Question

《研究滑動摩擦的實驗》的部分記錄數據如下表：

（1）如圖裝置可用來測定木塊在木板上滑動時所受到的滑動摩擦力．這種測定摩擦力的原理是什么？

（2）在上述裝置中木塊對木板的壓力應怎樣測量？
（3）在進行上述兩項測量時應注意什么？
（4）表格中的數據是在什么前提條件下記錄的？可以得出什么結論？
（5）為了研究摩擦力與不同接觸面間的關系，還需要進行哪些實驗？這些實驗應該怎樣做？可以得出什么結論？
（6）如果拉動木塊過程中，木塊速度逐漸增大，那么測得的摩擦力偏大還是偏小？

Answer 1

分析：滑動摩擦力在物體的接觸面上，所以摩擦力的大小無法直接測量，可借助于二力平衡的條件，將摩擦力的大小轉化成測力計示數的大小、將壓力的大小轉化成重力的大小進行測量；又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，所以在探究影響滑動摩擦力大小的因素時應使用控制變量法．

解答：解：（1）當用彈簧測力計拉著木塊做勻速直線運動時，木塊處于平衡狀態，因木塊在水平方向上只受拉力和摩擦力的作用，所以摩擦力和拉力是一對平衡力，即：摩擦力的大小與測力計的示數相等．
（2）在豎直方向上木塊受到重力和支持力的作用，由于木塊在豎直方向上處于靜止狀態，所以木塊受到的支持力和重力是一對平衡力，即支持力的大小等于木塊的重力，又由于木塊對接觸面的壓力和接觸面對木塊的支持力是一對相互作用力，所以木塊對接觸面的壓力大小等于木塊的重力，因此只要用彈簧測力計測出木塊（或木塊及砝碼）的重力，則可知壓力的大小．
（3）由于摩擦力和壓力的大小都是借助于二力平衡的條件測量的，所以在測量二者的大小時應讓物體處于平衡狀態（靜止或勻速直線運動）．
（4）壓力的大小是在木塊（或木塊和砝碼）處于靜止狀態下記錄的，摩擦力的大小是在木塊做勻速直線運動狀態下記錄的．
由圖表數據可知在接觸面的粗糙程度相同時，隨著壓力的增多，摩擦力也增大，所以可得結論為：在接觸面粗糙程度相同時，壓力越大，摩擦力越大．
（5）為了研究摩擦力與不同接觸面間的關系，還需要保持壓力大小不變，改變接觸面的粗糙程度．
實驗做法：在木板上分別鋪上棉布或毛巾，用測力計拉著木塊做勻速直線運動，并分別記下其對應的測力計示數．
實驗結論：比較測力計的示數，如果示數相同，則接觸面的粗糙程度相同；如果示數不相同，則接觸面的粗糙程度不相同．
（6）如果拉動木塊過程中，木塊速度逐漸增大，則說明木塊在水平方向上受到一個向左的合力，此時測力計的示數應該答應摩擦力的大小，如果還把測力計的示數當做摩擦力，則測量值大于實際摩擦力的大小．
答：（1）這種測定摩擦力的原理是利用了二力平衡的條件．
（2）在上述裝置中通過測量木塊（或木塊和砝碼）靜止時的重力大小來測量木塊對木板的壓力大小．
（3）在測量壓力大小時應讓木塊（或木塊和砝碼）處于靜止狀態；在測量摩擦力的大小時應讓木塊（或木塊和砝碼）處于勻速直線運動狀態．
（4）表格中的數據是接觸面的粗糙程度相同的前提條件下記錄的．
可以得出的結論為：在接觸面粗糙程度相同時，壓力越大，摩擦力越大．
（5）為了研究摩擦力與不同接觸面間的關系，還需要改變接觸面的粗糙程度．具體做法如下：在木板上分別鋪上棉布或毛巾，用測力計拉著木塊做勻速直線運動，并分別記下其對應的測力計示數．
可得結論：比較測力計的示數大小，如果示數相同，則接觸面的粗糙程度相同；如果示數不相同，則接觸面的粗糙程度不相同．
（6）如果拉動木塊過程中，木塊速度逐漸增大，那么測得的摩擦力將偏大．

點評：把握住利用控制變量法和二力平衡條件設計實驗方案的基本思路是解答此題的關鍵所在．