探究滑動摩擦力

侯中柱

在探究滑動摩擦力實驗中，當物體在水平面上處于平衡狀態（勻速直線運動）時，拉力等于摩擦力，可以間接測量出滑動摩擦力的大小。這個實驗的知識點可以總結歸納為“一、二、三”，即一個原理、兩種改進方法、三條優點。

一、實驗知識點

1. 一個原理

測量滑動摩擦力的原理：如圖1所示，將木塊置于水平長木板上，用彈簧測力計沿水平方向拉動木塊，使其做勻速直線運動，此時f = F。這個原理應用了控制變量法和轉換法。

2. 兩種改進方法

實驗中很難控制木塊做勻速直線運動，可以設計兩種改進方法。方法一：如圖2甲所示，將木塊放在水平長木板上，用彈簧測力計拉著木塊，同時彈簧測力計另一端系在墻上，只要拉動木板（無論勻速直線運動還是變速直線運動），就可以讀出木塊所受摩擦力的大小;方法二：如圖2乙所示，在木塊上豎直固定一根帶拐角的輕質桿，用細線將小球A懸掛在桿上O點，用彈簧測力計沿著水平方向拉動木塊時，若觀察到細線保持豎直方向，則說明木塊做勻速直線運動。

3. 三條優點

兩種改進方法存在以下優點：（1）在圖2甲中，不必使木板做勻速直線運動，操作簡單且方便;（2）圖2甲實驗進一步驗證了滑動摩擦力的大小只由壓力大小和接觸面的粗糙程度決定，與物體相對于接觸面做勻速還是變速運動無關;（3）在圖2乙中，將重力方向豎直向下應用于測量摩擦力。

二、典例解析

例 學校物理興趣小組做探究“影響滑動摩擦力大小的因素”實驗，實驗裝置如圖3所示。

（1）如圖3甲所示，小于同學用較小的力拉木塊A，木塊沒動，此時摩擦力______________（選填“大于”“小于”或“等于”）拉力。然后，小于同學用F1的力拉動木塊做勻速直線運動。

（2）小芳同學把兩個完全相同的木塊A和B疊放在一起，再用彈簧測力計拉著它們在水平桌面上勻速向右運動，如圖3乙所示。比較圖3乙與圖3甲，可以得出滑動摩擦力的大小與___________有關。

（3）小王同學聯想到在演奏二胡、提琴等樂器時，在琴弓的弓弦上涂抹松香來增大摩擦，即通過增大接觸面粗糙程度可以增大滑動摩擦力，請問如何通過圖3甲進行驗證？

（4）實驗過程中，小金同學突發奇想，將兩個完全相同的木塊A和B固定在一起，再用彈簧測力計拉著它們在水平桌面上勻速向右運動，如圖3丙所示。比較圖3丙和圖3乙，發現它們的彈簧測力計示數__________，說明滑動摩擦力的大小與受力面積的大小_________（選填“有關”或“無關”）。

（5）生活中不僅有滑動摩擦力，還有靜摩擦力。如圖3丁所示，下列判斷正確的是? （ ）。

A.瓶子沒有掉下來是由于手對瓶子的握力作用

B.當增大手對瓶子的握力時，手與瓶子間的摩擦力變大

C.當向瓶子中裝入水時（瓶子保持靜止狀態），手與瓶子間的摩擦力變大

解析：本題圍繞影響摩擦力大小的因素展開，探究了滑動摩擦力大小與壓力和接觸面粗糙程度有關，與運動速度和接觸面積等無關，以及摩擦力在生活中的應用。

（1）當用較小的力拉木塊時，木塊沒動，木塊處于平衡狀態，此時木塊受到靜摩擦力作用，其大小與拉力相同。

（2）將完全相同的木塊A和B疊放在一起，用彈簧測力計拉動做勻速直線運動，比較圖3乙與圖3甲，發現F2. > F1，可以得出滑動摩擦力的大小與壓力大小有關。

（3）要驗證增大接觸面粗糙程度可以增大滑動摩擦力的結論，可以在圖3甲的水平面上鋪上一層棉布，用彈簧測力計再次拉動木塊A做勻速直線運動。

（4）當將兩個完全相同的木塊A和B水平放在一起，比較圖3丙和圖3乙，滑動摩擦力相同，因此滑動摩擦力大小與受力面積大小無關。

（5）如圖3丁所示，瓶子沒有掉下來是因為手對瓶子的靜摩擦力，此時重力和靜摩擦力是一對平衡力，當增大手對瓶子的握力時，靜摩擦力不變;當向瓶子中裝入水時，瓶子重力變大，因此手與瓶子間的摩擦力變大。

答案：（1）等于 （2）壓力大小 （3）可以在圖3甲的水平面上鋪上一層棉布，用彈簧測力計再次拉動木塊A做勻速直線運動 ? （4）相等 無關 （5）C