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为探究滑动摩擦力大小与什么因素有关,小明设计了如图甲所示的实验.
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(1)如果要想利用此实验来探究滑动摩擦力的大小与压力的关系,应设计怎样的实验步骤?
(2)在探究滑动摩擦力的大小是否与物体间的接触面积有关时,小明先后用大、小木块按照图甲所示的方法进行对比实验.小明的做法是否正确?为什么?
(3)在研究此问题时,小红设计的实验如图乙所示,弹簧测力计一端固定,另一端钩住长方形木块,木块下面是一长木板,实验时拖支长木板,然后读出弹簧力计的示数,即可测出木块和木板之间的摩擦力.小明看了小红的实验后,认为小红设计的实验优于自己设计的实验.对此你能说出其中的原因吗?
答案:
分析:(1)滑动摩擦力的大小与压力大小和接触面的粗糙程度有关,研究滑动摩擦力与压力大小的关系时,采用控制变量法的思想,控制接触面的粗糙程度相同,只改变压力的大小观察滑动摩擦力的大小变化情况; (2)探究滑动摩擦力的大小与物体间的接触面积是否有关时,应控制压力和接触面的粗糙程度不变,改变接触面积的大小观察滑动摩擦力的大小变化情况; (3)滑动摩擦力的大小通过弹簧测力计的示数体现,根据二力平衡的知识,只有物体做匀速直线运动时,摩擦力才等于弹簧测力计的拉力,因此必须控制木块做匀速直线运动,而木块做匀速直线运动是不容易控制的. 解答:解:(1)研究滑动摩擦力的大小与压力的关系时,在控制接触面的粗糙程度和接触面的大小不变基础上注意两点:①弹簧测力计拉动木块做匀速直线运动,②通过给木块上添加重物改变压力,观察弹簧测力计的示数分析摩擦力的大小变化. (2)研究摩擦力的大小与接触面积的大小是否有关时,必须保证压力和接触面的粗糙程度相同,实验中采用用大、小两个木块虽然改变了接触面积,但是木块对接触面的压力大小也改变了,因此小明的做法是不正确的. (3)小明的设计必须保证木块做匀速直线运动,根据二力平衡的知识,摩擦力的大小才等于弹簧测力计的拉力,但是很难让木块保持匀速直线运动状态,导致了弹簧测力计的示数不稳定.小红的设计中无论长木板是否做匀速直线运动,木块都处于静止状态,根据二力平衡的条件,拉力等于摩擦力,而且无论拉木板速度多少,摩擦力都一样,不改变摩擦力大小.所以容易读数. 故答案为:(1)①用弹簧测力计拉动木块,使它做匀速直线运动,读出此时弹簧测力计的示数F1; ②在木块上面加一个重物,再用弹簧测力计拉动木块,使它做匀速直线运动,读出此时弹簧测力计的示数F2; ③比较F1和F2的大小得出实验结论. (2)不正确,实验过程中没有保持相同的压力; (3)木块不必做匀速直线运动(或弹簧测力计保持静止,便于读数).
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