【分析】
要探究滑动摩擦力的大小与接触面积是否有关,需运用控制变量法:滑动摩擦力的大小由压力大小和接触面粗糙程度决定,因此要控制这两个因素不变,只改变接触面积这一变量。首先思考如何改变接触面积:利用长方体木块的不同放置方式(平放、侧放、竖放)来改变与桌面的接触面积;其次思考如何测量滑动摩擦力:根据二力平衡,当弹簧测力计水平匀速拉动木块时,拉力与滑动摩擦力大小相等,此时弹簧测力计的示数等于滑动摩擦力的大小。通过比较不同接触面积下弹簧测力计的示数,即可判断滑动摩擦力与接触面积是否有关。
【解析】
实验方案
1. 实验器材:弹簧测力计、表面粗糙程度相同的长方体木块、水平桌面。
2. 实验步骤:
① 将长方体木块平放在水平桌面上,用弹簧测力计水平匀速直线拉动木块,记录此时弹簧测力计的示数$ F_1 $;
② 保持木块对桌面的压力大小、接触面粗糙程度不变,将木块侧放在同一水平桌面上,用弹簧测力计水平匀速直线拉动木块,记录示数$ F_2 $;
③ 同理,将木块竖放在同一水平桌面上,重复上述操作,记录示数$ F_3 $;
④ 比较三次实验中弹簧测力计的示数$ F_1 $、$ F_2 $、$ F_3 $的大小关系。
3. 实验现象:三次实验中弹簧测力计的示数相等($ F_1 = F_2 = F_3 $)。
4. 实验结论:在压力大小和接触面粗糙程度均相同的情况下,滑动摩擦力的大小与接触面积无关。
【答案】
实验方案如下:
1. 器材:弹簧测力计、表面粗糙程度相同的长方体木块、水平桌面。
2. 步骤:
① 把木块平放在水平桌面,用弹簧测力计水平匀速拉动,记录示数$ F_1 $;
② 把木块侧放在同一水平桌面,同样匀速拉动,记录示数$ F_2 $;
③ 把木块竖放在同一水平桌面,匀速拉动,记录示数$ F_3 $;
④ 比较$ F_1 $、$ F_2 $、$ F_3 $的大小。
实验现象:三次弹簧测力计示数相等。
实验结论:当压力和接触面粗糙程度相同时,滑动摩擦力的大小与接触面积无关。
【知识点】
控制变量法、滑动摩擦力的影响因素、二力平衡的应用
【点评】
本实验核心是控制变量法的应用,必须严格控制压力和接触面粗糙程度不变,仅改变接触面积;实验中需水平匀速拉动木块,利用二力平衡将滑动摩擦力的测量转化为拉力的测量,这是间接测量的典型思路。通过该实验能加深对滑动摩擦力影响因素的理解,掌握探究类实验的基本设计方法。
【难度系数】
0.7