在探究摩擦力大小跟哪些因素有关时,小明选了两块相同的1kg长方体铁块做了如图的系列实验.以下是部分实验步骤.(g取10N/kg)
第1次:把铁块平放在木板上,用弹簧测力计水平拉动铁块,使铁块做________运动(图甲),读出弹簧测力计的示数,并记入下表中;
第2次:把铁块侧放在木板上,用同样的方法拉铁块(图乙),记下相应的示数;
第3次:把两块相同铁块叠在一起平放在长木板上,再用同样的方法拉铁块 (图丙),记下相应示数.
(1)将表格内的数据填写完整;
| 实验次数 | 铁块对木板的压力/N | 弹簧测力计的示数/N | 摩擦力/N |
| 1 | 10 | 5 | 5 |
| 2 | 10 | 5 | 5 |
| 3 | 20 | 10 | ________ |
(3)比较第1、第2两次实验数据,可以初步得出的结论是:________.
(4)小明发现实验中测力计的示数不稳定,对于解决这一问题,他与同学小红、小华、小刚讨论后,各提出一个改进方案,如下:请你从以下四处方案中任选一个,试对其优劣进行评估.
你选的方案是:________,不足之处是:________.
你有什么更好的办法吗?试写改进方案.
试题答案
解:实验中,把铁块平放在木板上,用弹簧测力计水平拉动铁块,只有使其做匀速直线运动时,拉力与摩擦力才是一对平衡力,这样才能通过弹簧测力计的示数读出摩擦力的大小.
(1)结合图片,分析表格可知,第3次实验中,压力增大了一倍,弹簧测力计的示数为10N,因为摩擦力与拉力平衡,所以摩擦力的大小也应为10N;
(2)结合图片和表格中的数据可以看出,1、3两次实验中接触面的粗糙程度、接触面积都是相同的,只有压力的大小不同,进而造成最终摩擦力的大小也不同,由此可得出“压力越大,所受的摩擦力也越大”的结论.
(3)结合图片比较1、2两次实验可知,压力和接触面的粗糙程度均相同,只有接触面积不同,最终摩擦力的大小也相同,故可得出结论:摩擦力的大小与接触面积无关.
(4)依次分析四次改进方案可知:
方案A,不足之处:拉动弹簧测力计时,不易控制其做匀速运动;
方案B,不足之处:弹簧测力计向下拉,因测力计自身有重力,会影响最终读数的结果;
方案C、不足之处:砝码的质量一般都是整数,不能灵活调节其大小;
方案D,不足之处:物体刚被拉动时和开始做匀速直线运动时摩擦力大小不同,小桶中的沙子重量无法及时调节.
其他改进这方案:如图,将木板放在水平桌面上,用线通过弹簧测力计水平地拉住木块,水平拉木板,当木块静止时,弹簧测力计的示数就等于滑动摩擦力的大小.此方案的优点在于:木块与弹簧测力计保持不动,拉动木块的速度基本不会影响弹簧测力计的读数,使读数更稳定、准确.
故答案为:匀速直线;
(1)10;
(2)1、3;
(3)摩擦力的大小与接触面积无关;
(4)A;拉动弹簧测力计时,不易控制其做匀速运动;
改进方案:如上图,将木板放在水平桌面上,用线通过弹簧测力计水平地拉住木块,水平拉木板,当木块静止时,弹簧测力计的示数就等于滑动摩擦力的大小.
试题解析
在探究摩擦力大小与哪些因素有关的实验中,只有拉动物体做匀速直线运动时,拉力与摩擦力才是一对平衡力,此时才能通过弹簧测力计读出摩擦力的大小;
(1)因为摩擦力与拉力是一对平衡力,根据表中弹簧测力计示数的大小,可得出第3次实验中摩擦力的大小;
(2)若要得出“压力越大,所受的摩擦力也越大”的结论,须选择其它条件相同,只改变压力大小的两次实验进行比较,据此结合图片可做出选择;
(3)比较1、2两次实验可以看出,压力不变,接触面的粗糙程度不变,只有接触面积发生了变化,根据表中摩擦力的大小可判断摩擦力与接触面积是否有关;
(4)每一个改进方案都是为了达到使测力计示数更稳定,读数更准确的目的,针对这一目标的达成情况,可分别做出分析,对其优劣进行评估,并提出自己的改进方案.
点评:本题主要围绕探究摩擦力大小的影响因素这一实验,考查了实验中的基本原理(二力平衡),两种重要的实验方法(控制变量法、转换法),实验数据的分析与结论的得出等.尤其是对实验方案的改进,能对所提供的四个改进方案进行有针对性的评估,并提出更加合理的改进方案,是顺利完成本题的难点.考查内容全面,有较大的深度,具有一定的挑战性.
