影響滑動摩擦力大小的實驗探究

褚衍磊

探究影響滑動摩擦力大小的因素是力學重點實驗，該實驗能有效考查同學們的科學思維能力和實驗探究能力，是中考的高頻考點。下面對實驗要點及實驗拓展進行歸納。

[實驗要點]

探究影響滑動摩擦力大小的因素實驗需要注意以下幾點。（1）轉化法的應用：用彈簧測力計水平拉動物塊，使其做勻速直線運動。根據(jù)二力平衡可知，滑動摩擦力的大小等于拉力的大小（即彈簧測力計的示數(shù)）。這種測量滑動摩擦力的方法為轉換法。（2）控制變量法的應用：①探究滑動摩擦力的大小與壓力的關系時，應控制接觸面粗糙程度不變，改變物塊對接觸面的壓力，觀察彈簧測力計示數(shù);②探究滑動摩擦力的大小與接觸面粗糙程度的關系時，應控制壓力不變，改變接觸面的粗糙程度，觀察彈簧測力計示數(shù)。（3）分析實驗數(shù)據(jù)或現(xiàn)象歸納出實驗結論為：滑動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。①在壓力一定的情況下，接觸面越粗糙，滑動摩擦力越大;②在接觸面粗糙程度一定的情況下，壓力越大，滑動摩擦力越大。（4）實驗注意事項：①拉力的方向必須水平，且使木塊在長木板上做勻速直線運動;②必須在彈簧測力計示數(shù)穩(wěn)定后才能讀數(shù); ③木塊的運動速度不能太慢，否則木塊不易達到勻速直線運動的狀態(tài)。

[實驗拓展]

（1）在實際的實驗操作中，物體不易達到勻速直線運動的狀態(tài)，應如何改進？

如圖1所示，將彈簧測力計一端固定，另一端鉤住木塊，木塊下面是一長木板，實驗時拉著長木板沿水平面運動。改進后的優(yōu)點：不需要控制木板做勻速直線運動，便于操作;彈簧測力計示數(shù)穩(wěn)定，便于讀數(shù)。

（2）滑動摩擦力的大小與接觸面積大小、物體速度有關系嗎？如何設計實驗來探究？

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

②探究與運動速度的關系。思路：保證壓力、接觸面粗糙程度和接觸面積不變，只改變物體運動速度。操作：用同一個長方體木塊，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動，然后增大速度，仍然使其做勻速直線運動，比較前后兩次彈簧測力計的示數(shù)。

[能力提升]

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

（1）如圖2所示，將一個木塊放在長木板上，用彈簧測力計沿水平方向______________拉動，根據(jù)____________原理可以測出木塊受到的滑動摩擦力為____________N。

（2）如圖3所示，在木塊上放一個重物，重復上面的操作，比較圖2、圖3兩圖中彈簧測力計的示數(shù)可探究滑動摩擦力大小與____________的關系。

（3）為了方便操作，岳岳對實驗進行了如圖4所示的改進，將彈簧測力計固定，拉動木塊下的毛巾，木塊相對地面保持靜止，這樣改進后____________（填“需要”或“不需要”）勻速拉動毛巾。比較圖2、圖4兩圖可得出：壓力相同時，____________滑動摩擦力越大。

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）為探究影響滑動摩擦力大小的因素，實驗小組的同學用如圖5所示的裝置和器材進行實驗。

（1）將木塊平放在水平長木板上，用彈簧測力計沿____________方向拉動，使其做____________運動，此時彈簧測力計示數(shù)等于木塊所受滑動摩擦力的大小。

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

（3）實驗中，大家發(fā)現(xiàn)彈簧測力計示數(shù)很難穩(wěn)定，于是設計了如圖6所示的裝置來進行實驗。水平傳送帶的速度可以調節(jié)，定滑輪摩擦忽略不計。

①啟動傳送帶，當彈簧測力計的示數(shù)穩(wěn)定后，木塊相對于地面____________，此時彈簧測力計示數(shù)等于木塊所受滑動摩擦力的大小，木塊所受滑動摩擦力的方向沿水平向____________。

②某次實驗中，當彈簧測力計的示數(shù)穩(wěn)定后，改變傳送帶的速度大小，大家發(fā)現(xiàn)彈簧測力計的示數(shù)沒有改變，說明木塊所受滑動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無關

（作者單位：山東省棗莊市第二十九中學）