研究影響滑動摩擦力大小的因素

唐衛(wèi)

探究影響滑動摩擦力的因素實驗是初中物理力學(xué)部分的重要實驗，它是二力平衡的重要應(yīng)用，與生產(chǎn)生活聯(lián)系緊密，蘊含著重要的物理思想方法——控制變量法和轉(zhuǎn)換法。本實驗考查同學(xué)們的動手操作和科學(xué)思維，在中考中出現(xiàn)的概率極大。

要點提煉

1.實驗原理：二力平衡。用彈簧測力計拉動桌面上的物體，使其做勻速直線運動，彈簧測力計的示數(shù)等于物體滑動時受到的摩擦力大小。

2.研究方法：控制變量法和轉(zhuǎn)換法。

（1）控制變量法：①控制壓力相同，改變接觸面的粗糙程度，實驗結(jié)論是壓力一定時，接觸面越粗糙，滑動摩擦力越大;②控制接觸面的粗糙程度相同，改變壓力的大小，實驗結(jié)論是在接觸面的粗糙程度相同時，壓力越大，滑動摩擦力越大。

（2）轉(zhuǎn)換法：滑動摩擦力在物體的接觸面上，摩擦力的大小無法直接測量，可將摩擦力的大小轉(zhuǎn)化為彈簧測力計示數(shù)的大小進行測量，此時要使彈簧測力計沿水平方向勻速拉動物體。

3.注意事項：實驗時，必須均勻施力，使木塊勻速運動，彈簧測力計示數(shù)穩(wěn)定時再讀數(shù);只有木塊做勻速直線運動時，彈簧測力計的示數(shù)才等于物體所受滑動摩擦力的大小;由于彈簧測力計本身受到重力的作用，為了保證拉力在水平方向上，牽引木塊時，可握住彈簧測力計的外殼，而不是只拉住吊環(huán)。

4.拓展延伸：在實驗中，很難使物體做勻速直線運動。如圖1所示，為了減小實驗誤差，可以將彈簧測力計的一端固定，另一端與木塊A相連，木塊A放在長木板B上，彈簧測力計保持水平，拉動木板水平向左運動，木塊相對于地面是靜止的，木塊水平方向上受到彈簧測力計的拉力和木板對木塊的滑動摩擦力，這兩個力是平衡力，滑動摩擦力跟壓力大小和接觸面粗糙程度有關(guān)，跟物體運動速度無關(guān)，故該裝置的優(yōu)點是不需要勻速拉動長木板，且彈簧測力計靜止，示數(shù)穩(wěn)定，讀數(shù)方便，便于操作。

探究應(yīng)用

例 （2021·黑龍江·綏化）某同學(xué)利用如圖2所示裝置探究“研究影響滑動摩擦力大小的因素”實驗。他利用細線、長木板、兩個完全相同的木塊A、B和一個彈簧測力計，在水平臺上進行實驗。

（1）實驗中用彈簧測力計水平拉動木塊，使它沿長木板做 運動，根據(jù) 知識，可知彈簧測力計對木塊的拉力與木塊受到的滑動摩擦力大小相等。當(dāng)停止拉動木塊后，木塊由于 會繼續(xù)運動。

（2）比較甲、乙兩圖，得出的結(jié)論是：當(dāng)接觸面的粗糙程度相同時， 越大，滑動摩擦力越大。

（3）比較乙、丙兩圖，得出的結(jié)論是：滑動摩擦力大小與接觸面積大小 （選填“有關(guān)”或“無關(guān)”）。

（4）在利用甲圖裝置進行實驗時，拉動木塊由靜止到勻速直線運動過程中，彈簧測力計對木塊的拉力F隨時間t的變化圖象如圖丁所示。0 ～ 3 s木塊處于靜止狀態(tài)，3 s后木塊開始運動，分析圖象可知，當(dāng)木塊所受拉力為0.4 N時，木塊處于 狀態(tài) 。

解析：（1）實驗時，用彈簧測力計水平拉動木塊，使它沿長木板做勻速直線運動，物體在水平方向上受到平衡力的作用，根據(jù)二力平衡知識可知，此時拉力大小才等于滑動摩擦力的大小;當(dāng)停止拉動木塊后，木塊由于具有慣性，仍然保持原來的運動狀態(tài)，繼續(xù)向右運動。（2）比較甲、乙兩圖可知，接觸面的粗糙程度相同，壓力不同，彈簧測力計示數(shù)不同，滑動摩擦力不同，說明壓力越大，滑動摩擦力越大。（3）比較乙、丙兩圖可知，壓力大小、接觸面的粗糙程度相同，接觸面積不同，彈簧測力計示數(shù)相同，滑動摩擦力相同，得出的結(jié)論是：滑動摩擦力大小與接觸面積大小無關(guān)。（4）由圖丁知，要使木塊由靜止開始運動，至少要用0.5 N的力;當(dāng)木塊受到的拉力是0.4 N時，木塊可能靜止（還沒拉動），也可能做勻速直線運動。

答案：（1）勻速直線 二力平衡 慣性 （2）壓力 （3）無關(guān) （4）靜止或勻速直線運動

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