Question

18．小剛同學為了參加體育考試，想測試一下他穿橡膠底和牛筋底的運動鞋時哪個鞋底表面更粗糙．

（1）如圖1甲所示，他首先用彈簧測力計水平拉動橡膠底運動鞋在水平桌面上做勻速直線運動，此時彈簧測力計的示數為4N．
（2）小剛發現牛筋底的運動鞋較輕些，于是便向鞋中添加了適量的砝碼，目的是保持兩次實驗壓力相等．
（3）在拉動過程中小剛發現，勻速直線拉動鞋實際很難控制，于是他將鞋放在水平放置的木板上，將彈簧測力計固定，改為拉動木板，如圖1乙所示，當他水平向左拉動木板時，鞋所受到的摩擦力的方向為水平向左（選填“水平向左”或“水平向右”）．
（4）小剛比較出了哪雙鞋摩擦力更大后，他用一拉力傳感器（能感應力大小的裝置）水平向右拉一水平面上的木塊，A端的拉力均勻增加，0～t_l時間內木塊靜止；從t₁時刻開始，木塊發生運動，木塊運動后改變拉力：t₁～t₂時間內木塊作變速直線運動（速度大小在變）；木塊在t₂時刻后處于勻速直線運動狀態．對數據處理后，得到如圖2乙所示拉力隨時間變化圖象，則當用F=6.3N的水平拉力拉靜止的木塊時，木塊所受摩擦力大小為6.3N；當用F=6.8N的水平拉力拉木塊時，木塊所受摩擦力大小為6.0N．

Answer 1

分析 （1）在進行測力計的讀數時，注意其分度值；
（2）要探究摩擦力與接觸面粗糙程度的關系，需控制壓力大小不變；
（3）摩擦力方向與相對運動方向相反；
（4）靜止或做勻速直線運動的物體將受到平衡力的作用；滑動摩擦力大小與接觸面粗糙程度和壓力大小有關．

解答 解：
（1）由圖甲知，測力計的分度值為0.2N，示數為4N；
（2）想測試橡膠底和牛筋底的運動鞋哪雙摩擦力更大，應保證兩鞋對接觸面的壓力相等，所以向較輕的鞋中添加了適量的砝碼；
（3）將彈簧測力計固定，改為拉動木板，這樣測力計的示數比較穩定，此時鞋相對于木板向右運動，所以其受到的摩擦力水平向左；
（4）當用F=6.3牛的水平拉力拉靜止的木塊時，靜止的木塊在水平方向上受到平衡力的作用；即拉力與靜摩擦力是一對平衡力，其大小相等；故木塊所受摩擦力大小為6.3N；
木塊在t₂后處于勻速直線運動狀態，所受拉力F=6.0N，與滑動摩擦力是一對平衡力，故摩擦力f=6.0N；當用F=6.8牛的水平拉力拉木塊時，木塊將做加速運動，因為壓力和粗糙程度都未變，所以木塊所受摩擦力大小不會變化，故摩擦力大小仍為6.0N．
故答案為：（1）4；（2）保持兩次實驗壓力相等；（3）水平向左；（4）6.3；6.0．

點評 此題是探究橡膠底和牛筋底的運動鞋哪雙摩擦力更大，考查了學生對控制變量法的掌握及測力計的讀數，有關摩擦力的方向，應與物體相對運動的方向相反．