影響滑動(dòng)摩擦力大小的實(shí)驗(yàn)探究

褚衍磊

探究影響滑動(dòng)摩擦力大小的因素是力學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)?zāi)苡行Э疾橥瑢W(xué)們的科學(xué)思維能力和實(shí)驗(yàn)探究能力，是中考的高頻考點(diǎn)。下面對(duì)實(shí)驗(yàn)要點(diǎn)及實(shí)驗(yàn)拓展進(jìn)行歸納。

[實(shí)驗(yàn)要點(diǎn)]

探究影響滑動(dòng)摩擦力大小的因素實(shí)驗(yàn)需要注意以下幾點(diǎn)。（1）轉(zhuǎn)化法的應(yīng)用：用彈簧測(cè)力計(jì)水平拉動(dòng)物塊，使其做勻速直線運(yùn)動(dòng)。根據(jù)二力平衡可知，滑動(dòng)摩擦力的大小等于拉力的大?。磸椈蓽y(cè)力計(jì)的示數(shù)）。這種測(cè)量滑動(dòng)摩擦力的方法為轉(zhuǎn)換法。（2）控制變量法的應(yīng)用：①探究滑動(dòng)摩擦力的大小與壓力的關(guān)系時(shí)，應(yīng)控制接觸面粗糙程度不變，改變物塊對(duì)接觸面的壓力，觀察彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù);②探究滑動(dòng)摩擦力的大小與接觸面粗糙程度的關(guān)系時(shí)，應(yīng)控制壓力不變，改變接觸面的粗糙程度，觀察彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)。（3）分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或現(xiàn)象歸納出實(shí)驗(yàn)結(jié)論為：滑動(dòng)摩擦力的大小與接觸面所受的壓力和接觸面的粗糙程度有關(guān)。①在壓力一定的情況下，接觸面越粗糙，滑動(dòng)摩擦力越大;②在接觸面粗糙程度一定的情況下，壓力越大，滑動(dòng)摩擦力越大。（4）實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)：①拉力的方向必須水平，且使木塊在長(zhǎng)木板上做勻速直線運(yùn)動(dòng);②必須在彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)穩(wěn)定后才能讀數(shù); ③木塊的運(yùn)動(dòng)速度不能太慢，否則木塊不易達(dá)到勻速直線運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)。

[實(shí)驗(yàn)拓展]

（1）在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)操作中，物體不易達(dá)到勻速直線運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，應(yīng)如何改進(jìn)？

如圖1所示，將彈簧測(cè)力計(jì)一端固定，另一端鉤住木塊，木塊下面是一長(zhǎng)木板，實(shí)驗(yàn)時(shí)拉著長(zhǎng)木板沿水平面運(yùn)動(dòng)。改進(jìn)后的優(yōu)點(diǎn)：不需要控制木板做勻速直線運(yùn)動(dòng)，便于操作;彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)穩(wěn)定，便于讀數(shù)。

（2）滑動(dòng)摩擦力的大小與接觸面積大小、物體速度有關(guān)系嗎？如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)探究？

①探究與接觸面積的關(guān)系。思路：保證壓力、接觸面粗糙程度和物體運(yùn)動(dòng)速度不變，只改變接觸面積的大小。操作：用同一個(gè)長(zhǎng)方體木塊，先平放在水平面上，使其在水平面上做勻速直線運(yùn)動(dòng)，然后將同一個(gè)長(zhǎng)方體木塊豎放在同一個(gè)水平面上，以相同的速度做勻速直線運(yùn)動(dòng)，比較彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)。

②探究與運(yùn)動(dòng)速度的關(guān)系。思路：保證壓力、接觸面粗糙程度和接觸面積不變，只改變物體運(yùn)動(dòng)速度。操作：用同一個(gè)長(zhǎng)方體木塊，先平放在水平面上，以一定的速度使其在水平面上做勻速直線運(yùn)動(dòng)，然后增大速度，仍然使其做勻速直線運(yùn)動(dòng)，比較前后兩次彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)。

[能力提升]

例1（2020·遼寧·葫蘆島）下面是岳岳探究“滑動(dòng)摩擦力大小與哪些因素有關(guān)”的實(shí)驗(yàn)。

（1）如圖2所示，將一個(gè)木塊放在長(zhǎng)木板上，用彈簧測(cè)力計(jì)沿水平方向______________拉動(dòng)，根據(jù)____________原理可以測(cè)出木塊受到的滑動(dòng)摩擦力為____________N。

（2）如圖3所示，在木塊上放一個(gè)重物，重復(fù)上面的操作，比較圖2、圖3兩圖中彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)可探究滑動(dòng)摩擦力大小與____________的關(guān)系。

（3）為了方便操作，岳岳對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了如圖4所示的改進(jìn)，將彈簧測(cè)力計(jì)固定，拉動(dòng)木塊下的毛巾，木塊相對(duì)地面保持靜止，這樣改進(jìn)后____________（填“需要”或“不需要”）勻速拉動(dòng)毛巾。比較圖2、圖4兩圖可得出：壓力相同時(shí)，____________滑動(dòng)摩擦力越大。

答案：（1）勻速? ?二力平衡? ?2.6? ?（2）壓力大小? （ 3 ）不需要? ?接觸面越粗糙

例2（2020·陜西）為探究影響滑動(dòng)摩擦力大小的因素，實(shí)驗(yàn)小組的同學(xué)用如圖5所示的裝置和器材進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

（1）將木塊平放在水平長(zhǎng)木板上，用彈簧測(cè)力計(jì)沿____________方向拉動(dòng)，使其做____________運(yùn)動(dòng)，此時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)等于木塊所受滑動(dòng)摩擦力的大小。

（2）在木塊上加放砝碼，是為了探究滑動(dòng)摩擦力大小與____________的關(guān)系;在長(zhǎng)木板上鋪上棉布或毛巾，是為了探究滑動(dòng)摩擦力大小與接觸面____________的關(guān)系。

（3）實(shí)驗(yàn)中，大家發(fā)現(xiàn)彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)很難穩(wěn)定，于是設(shè)計(jì)了如圖6所示的裝置來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。水平傳送帶的速度可以調(diào)節(jié)，定滑輪摩擦忽略不計(jì)。

①啟動(dòng)傳送帶，當(dāng)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)穩(wěn)定后，木塊相對(duì)于地面____________，此時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)等于木塊所受滑動(dòng)摩擦力的大小，木塊所受滑動(dòng)摩擦力的方向沿水平向____________。

②某次實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)穩(wěn)定后，改變傳送帶的速度大小，大家發(fā)現(xiàn)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)沒有改變，說(shuō)明木塊所受滑動(dòng)摩擦力的大小與傳送帶的速度大小____________。

答案：（1）水平? ?勻速直線? ?（2）壓力大小? ?粗糙程度? ?（3）①靜止? ?左? ?②無(wú)關(guān)

（作者單位：山東省棗莊市第二十九中學(xué)）