專題19實驗探究影響滑動摩擦力的因素（原卷版）

專題19實驗：探究影響滑動摩擦力的因素考點考點透視探究影響滑動摩擦力的因素實驗是初中物理中一個重要的實驗，也是各省市每年中考中高頻考點。通過實驗，可以對摩擦力的理解更加充分，對突破摩擦力這個難點有著重要重作用。中考常?？疾閷嶒灧桨冈O計、數(shù)據(jù)分析和處理、實驗結論、實驗改進、滑動摩擦力大小的計算等知識點，題型多以實驗為主。迷津點撥與點迷津點撥與點對點講練1、實驗裝置圖:2、實驗原理：二力平衡。3、實驗方法:（1）控制變量法：=1\*GB3①研究滑動摩擦力的大小與壓力的關系時，控制接觸面的粗糙程度不變，改變壓力的大小（如甲、乙兩次實驗）；=2\*GB3②研究滑動摩擦力的大小與接觸面的粗糙程度的關系時，控制壓力的大小不變，改變接觸面的粗糙程度（如甲、丙兩次實驗）。（2）轉換法：通過彈簧測力計示數(shù)的大小來反映滑動摩擦力的大小。4、實驗注意事項：實驗中要緩慢勻速拉動木塊，因為只有勻速拉動時，彈簧測力計的示數(shù)才等于滑動摩擦力的大小。5、實驗結論：滑動摩擦力的大小與接觸面的壓力大小和接觸面的粗糙程度有關。當接觸面的粗糙程度不變時，接觸面上的壓力越大，滑動摩擦力就越大；當接觸面上的壓力不變時，接觸面越粗糙，滑動摩擦力就越大。6、交流與反思：（1）實驗中，實驗中，很難保持物體做勻速直線運動，可以將裝置做如下改進：如圖，將彈簧測力計固定，拉動物體下面的長木板，這樣不需要勻速拉動長木板，便于準確地讀出彈簧測力計的示數(shù)，更為準確地測出摩擦力的大小。（2）將長方體木塊平放、側放或立放可以研究滑動摩擦力的大小與接觸面積大小的關系，得出的結論是：滑動摩擦力的大小與接觸面積大小無關。在甲圖實驗的基礎上，將木塊沿豎直方向切下一半，不能探究滑動摩擦力大小于接觸面面積的關系，因為切去一半，接觸面積減小一半，同時壓力也減小一半，即沒有控制壓力不變。（3）改變拉動測力計的速度大小，可以探究滑動摩擦力的大小與運動速度的關系，得出的結論是：滑動摩擦力的大小與運動速度大小無關。（4）另外，實驗還會考查表格的設計、根據(jù)數(shù)據(jù)畫圖、對物體進行受力分析、摩擦力大小的變化等內容。一、驗證猜想類：例題1（2021湖北天門）某實驗小組為了探究滑動摩擦力的大小與什么因素有關，進行了如下猜想：A．可能與壓力的大小有關；B．可能與接觸面的粗糙程度有關；C．可能與接觸面積有關。他們設計了如下實驗：（長方體木塊每個面的粗糙程度相同）（1）如圖甲，小芳同學用彈簧測力計斜向上拉動長方體木塊，使木塊在水平木板上做勻速直線運動，讀出彈簧測力計的示數(shù)，即為滑動摩擦力的大小。小明認為她的操作有誤，此時的拉力與滑動摩擦力______（選填“是”或“不是”）一對平衡力，因為這兩個力不在______上。（2）小芳糾正錯誤后，重新實驗，記錄如下表實驗次數(shù)1～3：實驗次數(shù)木塊放置方法接觸面壓力情況彈簧測力計示數(shù)F/N1平放木塊與木板木塊2.02平放木塊與毛巾木塊+1個鉤碼2.83平放木塊與木板木塊+1個鉤碼______4側放①②2.0①為了探究猜想A，應選擇實驗次數(shù)______（填序號）；②表格中第3次實驗彈簧測力計的示數(shù)為______N（如圖乙）；③由2與3兩次實驗可知：______。（3）小明探究猜想C，設計并完成了第4次實驗，分析表中的記錄得出滑動摩擦力的大小與接觸面積無關，表中第4次實驗①②兩處的信息忘記填寫，請你幫他完成______、______?！敬鸢浮浚?）不是同一條直線（2）1、32.4滑動摩擦力的大小與接觸面的粗糙程度有關（3）木塊與木板木塊?！窘馕觥浚?）由圖甲知，木塊與木板之間存在摩擦力，而拉力的方向是斜向右上方，雖然木塊做勻速直線運動，但拉力和摩擦力不在一條直線上，所以一定不是一對平衡力。（2）①探究滑動摩擦力大小與壓力的大小的關系，保持接觸面的粗糙程度不變，壓力大小不同，所以選擇1、3兩次。②由圖乙可知，彈簧測力計的分度值是0.2N，彈簧測力計的示數(shù)是2.4N。③由2和3兩次實驗可知，保持壓力相同、接觸面粗糙程度不同，彈簧測力計的示數(shù)不同，摩擦力的大小不同，可以得到滑動摩擦力的大小與接觸面的粗糙程度有關。（3）探究滑動摩擦力的大小與接觸面積的關系，需要保持壓力和接觸面的粗糙程度相同，接觸面積大小不同，比較1、4兩次實驗，①處為木塊與木板，②處為木塊?！军c撥】猜想的因素不一定和滑動摩擦力的大小有關，但是也是允許的，通過實驗可以采用控制變量法來驗證。通過大量實驗表明：摩擦力的大小只與接觸面的粗糙程度和壓力大小有關，與接觸面積大小、滑動的速度大小等因素無關。對點練：（2020四川遂寧）在探究“滑動摩擦力的大小與哪些因素有關”的實驗話動中，同學們提出了以下情想：A．滑動摩擦力的大小可能與物體間接觸面積大小有關B．滑動摩擦力的大小可能與接觸面的粗糙程度有關C．滑動摩擦力的大小可能與壓力大小有關他們選擇的器材有長方體木塊，彈簧測力計，兩個相同砝碼、木板、毛巾等，實驗中用彈簧測力計水平拉著木塊在水平面做______運動，使摩擦力大小與彈簧測力計示數(shù)相等，收集的實驗數(shù)據(jù)如下：①分析表中______組實驗數(shù)據(jù)，可以驗證猜想B。②分析2、3、4或8、9、10組實驗數(shù)據(jù)，可得到的結論是：在壓力和接觸面粗糙程度相同時，滑動摩擦力大小與接觸面積大小______（選填“有關”或“無關”）。③綜合分析表中數(shù)據(jù)可得出：滑動摩擦力大小只與______有關二、實驗改進類：例題2（2021貴州）瑞瑞同學用下圖實驗裝置“探究影響滑動摩擦力大小的因素”，請你與他合作，回答下列問題：（1）緩慢拉動木板B，直到物塊A與木板B之間發(fā)生相對滑動，觀察某時刻彈簧測力計示數(shù)（如圖）為______N；（2）若保持A、B間接觸面粗糙程度、接觸面積大小不變，在A上增加鉤碼，重復（1）操作，彈簧測力計示數(shù)變大，說明滑動摩擦力大小與______有關；（3）若保持______不變，在B上分別鋪棉布、毛巾，重復（1）操作，彈簧測力計示數(shù)發(fā)生變化，說明滑動摩擦力大小與接觸面粗糙程度有關；（4）若保持A、B間壓力大小、接觸面粗糙程度不變，改變A、B間的接觸面積大小，重復（1）操作，彈簧測力計示數(shù)不變，說明滑動摩擦力大小與______無關?！敬鸢浮浚?）3.4（2）壓力大小（3）壓力大小和接觸面積大?。?）接觸面積大小【解析】（1）由圖可知，彈簧測力計的分度值為0.2N，示數(shù)為3.4N。（2）保持A、B間接觸面粗糙程度、接觸面積大小不變，在A上增加鉤碼，即增大力壓力，彈簧測力計示數(shù)變大，則摩擦力增大，說明滑動摩擦力大小與壓力大小有關。（3）探究滑動摩擦力大小與接觸面粗糙程度的關系，應保持A、B間壓力、接觸面積大小不變，改變接觸面的粗糙程度。（4）保持A、B間壓力大小、接觸面粗糙程度不變，改變A、B間的接觸面積大小，彈簧測力計示數(shù)不變，即摩擦力大小不變，說明滑動摩擦力大小與接觸面積大小無關?！军c撥】該實驗采用的裝置的優(yōu)點是：拉動B運動時，不需要做勻速直線運動，實驗操作更方便，側出的摩擦力更準確。對點練：（2021黑龍江齊齊哈爾）為了探究滑動摩擦力大小與什么因素有關，小夏設計了如圖1所示實驗（實驗所用棉布比木板表面粗糙）。

（1）實驗過程中，彈簧測力計應沿水平方向拉著物塊做______運動，根據(jù)______知識，可知滑動摩擦力的大小等于彈簧測力計的示數(shù)；（2）在這四次實驗中，滑動摩擦力最小的是______（選填“甲”、“乙”、“丙”或“丁”）；（3）比較甲、乙兩次實驗，是為了探究滑動摩擦力大小與______是否有關；比較乙、丙兩次實驗，是為了探究滑動摩擦力大小與______是否有關；（4）比較甲、丁兩次實驗，發(fā)現(xiàn)甲實驗中彈簧測力計的示數(shù)大于丁實驗中彈簧測力計的示數(shù)，小夏由此得出結論：滑動摩擦力大小與接觸面積的大小有關。你認為他的結論是______的（選填“正確”或“錯誤”），理由是______；（5）小夏對實驗裝置進行改進后，如圖2所示，當他再進行實驗時，發(fā)現(xiàn)效果更好。請你說出改進后的優(yōu)點是______（寫出一條即可）。三、實驗拓展類：例題3（2021江蘇常州）常州某小學大門口，設有護學崗標志牌及其固定裝置：鐵桿左端固定在墻上、右端固定有鐵夾，鐵夾夾著重4N的護學崗標志牌，鐵夾張開幅度越大，夾得越緊。放學時，值班教師用13N的力可將標志牌豎直向上勻速拔出，此過程中，標志牌桿受到鐵夾的摩擦力方向______、大小為______N。雨天，標志牌桿拔出鐵夾過程中受到鐵夾的摩擦力會發(fā)生怎樣的變化？同學們展開合理猜想：

猜想1：考慮到“雨天木質標志牌桿受潮膨脹”，導致標志牌桿拔出鐵夾過程中，受到鐵夾的摩擦力變大，理由是______；猜想2：考慮到“雨天木質標志牌桿表面濕潤”，導致標志牌桿拔出鐵夾過程中，受到鐵夾的摩擦力變小，理由是______；同學們討論后，認為猜想1、猜想2都合理，為確定哪一種猜想起主導作用，同學們先采用原始方案，測量時發(fā)現(xiàn)超出測力計的量程，于是設計出改進方案1、改進方案2，如圖所示，每個滑輪重均為0.3N，不計繩重及滑輪處摩擦；應采用改進方案______進行探究，實驗時，勻速拔出過程中，測力計示數(shù)為4.4N，拔出后靜止時，測力計示數(shù)為1.6N。淋濕、吸水后標志牌重為______N。雨天，標志牌桿拔出鐵夾過程中受到鐵夾的摩擦力為______N，猜想______起主導作用?！敬鸢浮控Q直向下9見解析見解析24.58.42【解析】用13N的力可將標志牌豎直向上勻速拔出，標志牌桿受到拉力、重力和摩擦力是平衡力，摩擦力的豎直向下，大小為f=FG1=13N4N=9N；雨天木質標志牌桿受潮膨脹，鐵夾和標志牌桿之間的壓力增大，摩擦力增大。雨天木質標志牌桿表面濕潤，鐵夾和標志牌桿之間接觸面粗糙程度減小，摩擦力變小。超出測力計的量程，說明鐵夾和標志牌桿之間摩擦力較大，如果采用改進方案一，滑輪組都是定滑輪不能省力，不能使用測力計，采用改進方案二，滑輪組的動滑輪繞3段繩，可以省力。拔出后靜止時，測力計示數(shù)為1.6N。淋濕、吸水后標志牌重為G=3×1.6N0.3N=4.5N雨天，標志牌桿拔出鐵夾過程中受到鐵夾的摩擦力為f雨=3F雨GG動=8.4N，因為f雨＜f，所以雨天木質標志牌桿表面濕潤導致標志牌桿拔出鐵夾過程中，受到鐵夾的摩擦力變小。所以猜想二起主導作用。【點撥】對于拓展類實驗，要根據(jù)拓展的實驗裝置、實驗原理要認識清楚，只有這樣，才能完成這類題目。對點練：（2021四川內江）如圖甲所示，是課外興趣小組的同學們在探究“滑動摩擦力的大小與壓力大小有什么關系”的實驗裝置圖。跨過光滑定滑輪的細線兩端分別與木塊和彈簧測力計相連，滑輪和木塊間的細線保持水平，在木塊上方放置砝碼。緩慢向左拉動水平放置的木板，當木塊和砝碼相對桌面靜止且木板仍在繼續(xù)滑動時，彈簧測力計的示數(shù)即等于木塊受到的滑動摩擦力的大小。則：

（1）定滑輪的作用是改變力的方向，但不能改變力的___________；（2）彈簧測力計的示數(shù)等于木塊受到的滑動摩擦力大小的依據(jù)是：木塊在水平方向上受到的力是一對___________（選填“平衡力”或“非平衡力”）：（3）如圖乙，是在某次實驗中彈簧測力計的讀數(shù)示意圖，由此可知，木塊與木板間的滑動摩擦力的大小是___________N；

（4）多次改變砝碼的質量，探究得出：接觸面粗糙程度相同時，壓力越大，木塊與木板間的滑動摩擦力___________（選填“越大”、“越小”或“不變”）。點對點提高訓練1、（2021青海西寧）在探究“滑動摩擦力大小與哪些因素有關”的實驗中，實驗小組的同學用如圖所示的裝置和器材進行實驗。（1）實驗中應該用彈簧測力計水平______（填“勻速”或“加速”）直線拉動木塊在長木板上運動。根據(jù)______知識可知，此時木塊所受滑動摩擦力大小等于彈簧測力計的示數(shù)；（2）比較______兩次實驗可知，滑動摩擦力的大小跟接觸面的粗糙程度有關；比較甲丙兩次實驗可知，滑動摩擦力的大小還跟______有關；（3）同學們猜想：滑動摩擦力的大小還與接觸面的面積有關。他們在圖甲的基礎上，將木塊沿豎直方向切成兩部分繼續(xù)進行實驗，將測得的數(shù)據(jù)記錄在如下的表格中，分析數(shù)據(jù)驗證自己的猜想。這種做法是______（填“正確”或“錯誤”）的，理由是______；次數(shù)木塊大小接觸面積接觸面摩擦力1整塊90木板1.22三分之二塊60木板0.83三分之一塊30木板0.42、（2021江蘇鎮(zhèn)江）小華使用圖甲裝置來探究影響滑動摩擦力大小的因素。

（1）實驗中，應沿_________方向拉動彈簧測力計，使木塊在水平木板上作__________運動。（2）某次正確實驗中，彈簧測力計的指針位置如圖乙所示，木塊受到的滑動摩擦力大小為___________N，方向為___________。（3）小華利用圖丙中場景①和②來探究滑動摩擦力與壓力的關系。請指出她在實驗中明顯的不當之處：___________。（4）在某次實驗中，小華拉動木塊在木板上運動，木塊運動的路程一時間圖像如圖丁所示。用和分別表示0～t1和t1～t2時間內簧測力計的示數(shù)，則可判斷F1______（填“>”“=”或“<”）F2。3、（2021遼寧）在探究“滑動摩擦力大小與哪些因素有關”的實驗中，找來質量相同但表面粗糙程度不同的木塊1、2和砝碼若干。木塊壓力F/N24681摩擦力f1/N0.511.522摩擦力f2/N0.20.40.8（1）將木塊1和2分別放到水平放置的長木板上，用彈簧測力計沿______方向勻速直線拉動木塊。利用砝碼改變木塊對木板的壓力重復上面的操作，將實驗數(shù)據(jù)記錄在表格中。由數(shù)據(jù)可得：當接觸面粗糙程度一定時，滑動摩擦力與壓力成______比。表格空白處數(shù)據(jù)應為______N，通過分析表格中的數(shù)據(jù)可以得出：對于粗糙程度不同的接觸面，滑動摩擦力與壓力的比值______（填“不同”或“相同”）。（2）將木塊1沿圖中虛線切為兩部分，將a部分放在b上，所測得的滑動摩擦力與沒有切時相比將______（填“不變”“變大”或“變小”）。（3）分別以速度v1和v2（v1>v2）在同一表面勻速直線拉動木塊2，通過相同的路程兩次拉力所做功的關系為W1______W2（填“<”“>”或“=”）。4、（2021甘肅蘭州）在學習了滑動摩擦力的知識后，小美想知道新買的運動鞋在橡膠墊上的滑動摩擦力大小，她準備了一張平整的橡膠墊、一個彈簧測力計和一根細線。

（1）為了能準確測量滑動摩擦力的大小，根據(jù)___________知識可知，小美應該讓運動鞋沿水平方向做___________運動；（2）如圖甲所示，小美將運動鞋放在水平橡膠墊上，按正確的方法拉動，此時測出運動鞋受到的滑動摩擦力大小為___________N；（3）若在實際拉動過程中運動鞋沒有做勻速直線運動，則運動鞋所受滑動摩擦力的大小_________（選填“改變”或“不變”）；（4）在老師的指導下，小美對甲圖實驗方案進行了改進，如圖乙所示，她固定彈簧測力計，拉動鞋下的橡膠墊進行實驗，這樣做的好處是___________。5、（2021黑龍江綏化）某同學利用如圖所示裝置探究“研究影響滑動摩擦力大小的因素”實驗，他利用細線、長木板、兩個完全相同的木塊A、B和一個彈簧測力計，在水平臺上進行實驗。（1）實驗中用彈簧測力計水平拉動木塊，使它沿長木板做_________運動，根據(jù)_________知識，可知彈簧測力計對木塊的拉力與木塊受到的滑動摩擦力大小相等。當停止拉動木塊后，木塊由于__________會繼續(xù)運動。（2）比較甲、乙兩圖，得出的結論是：當接觸面的粗糙程度相同時，_____________越大，滑動摩擦力越大。（3）比較乙、丙兩圖，得出的結論是：滑動摩擦力大小與接觸面積大小____________。（選填“有關”或“無關”）（4）在利用甲圖裝置進行實驗時，拉動木塊由靜止到勻速直線運動過程中，彈簧測力計對木塊的拉力F隨時間t的變化圖像如圖丁所示。0～3s木塊處于靜止狀態(tài)，3s后木塊開始運動，分析圖像可知，當木塊所受拉力為0.4N時，木塊處于____________狀態(tài)。6、（2021四川自貢）如圖所示，在“探究滑動摩擦力大小與什么因素有關的實驗”中：（1）實驗過程中，用彈簧測力計沿水平方向拉著物塊A做勻速直線運動，此時滑動摩擦力大小______（選填“大于”“等于”或“小于”）彈簧測力計示數(shù)。在利用圖甲裝置進行實驗時，運動過程中木塊A的速度突然變大，則木塊A受到的滑動摩擦力將______；（選填“變大”“不變”或“變小”）（2）在甲、乙、丙所示圖中，分別用F1=1N，F(xiàn)2=2N，F(xiàn)3=1.5N的拉力，拉著物塊A勻速前進，為研究滑動摩擦力大小與接觸面粗糙程度的關系，應該比較______兩次實驗；（3）大量實驗進一步證明：在接觸面粗糙程度相同時，滑動摩擦力大小與壓力大小成正比，在丙圖中物塊A上疊放一塊與A相同的物塊B，用彈簧測力計拉著物塊A，使物塊B隨A一起做勻速直線運動（如丁圖所示），此時彈簧測力計示數(shù)為，則F4=______N；此運動過程中，物塊B受到的摩擦力為______N。7、（2021四川眉山）在探究“影響滑動摩擦力大小因素”的實驗中，器材有：木板、鐵塊、木塊和彈簧測力計。（1）物理興趣小組的同學進行了如下操作：a.如圖甲所示，將鐵塊平放在木板表面上，用彈簧測力計沿水平方向勻速拉動鐵塊，彈簧測力計的示數(shù)為F1=1.2N；b.如圖乙所示，將木塊疊放在鐵塊正上方，用彈簧測力計沿水平方向勻速拉動鐵塊，彈簧測力計的示數(shù)為F2=1.6N6；