23滑动摩擦力的产生条件与影响因素-实验题优选提升题-2024届高考物理重要模型图专练（全国通用）

这是一份23滑动摩擦力的产生条件与影响因素-实验题优选提升题-2024届高考物理重要模型图专练（全国通用），共18页。试卷主要包含了实验题等内容，欢迎下载使用。

一、实验题
1．在研究物体的摩擦力的影响因素的过程中，先猜想摩擦力可能与物体的接触面积、运动速度、压力、粗糙程度等因素有关。然后进行实验探究。
（1）甲、乙两图是研究摩擦力的两种方案，A为矩形木块（多个相同），B为木板（或玻璃板），C为测力计，实验中采用 方案便于操作；

②如下表是实验数据记录的情况：
（2）由上述的实验数据试回答：
①本实验采用的研究方法( )
A．理想模型法 B．等效法 C．控制变量法 D．逻辑推理法
②通过实验关于对摩擦力的认识( )
A．物体所受的摩擦力的大小与物体的运动快慢程度有关
B．动摩擦因数由物体的材料、接触面的粗糙程度决定，与接触面积无关
C．摩擦力的方向总与物体的运动方向在同一直线上，它对物体总是做负功
D．静止的物体不能受到滑动摩擦力的作用
2．某兴趣小组在探究“滑动摩擦力的大小与什么因素有关”时，用同一木块分别做了如图所示的甲、乙、丙三次实验。
（1）甲、乙、丙三次实验中以相同速度沿水平方向匀速拉动木块，根据二力平衡知识，弹簧测力计对木块的拉力大小 。（选填“等于”、“大于”或“小于”）滑动摩擦力的大小。
（2）通过对比甲、乙两次实验可知：其他条件相同时，压力越大，滑动摩擦力越大。
（3）通过对比 两次实验可知：其他条件相同时，接触面越粗糙，滑动摩擦力越大。
（4）兴趣小组的同学利用甲图实验装置继续探究滑动摩擦力与速度的关系，改变木块的速度，进行实验，记录的实验数据如下表：
分析实验数据可知：滑动摩擦力的大小与物体运动的速度 （选填“有关”或“无关”）。
（5）小组交流讨论时发现：在实验中很难使木块做匀速直线运动，于是小伟设计了如图丁所示的实验装置，该装置的优点是 （选填“需要”或“不需要”）长木板做匀速直线运动。
3．如图所示，小丽在“研究影响滑动摩擦力大小的因素”的实验中，用质量相等、表面粗糙程度不同的两个物块A、B放在水平木板上进行实验。
（1）用A做实验，水平向左拉动木板时，弹簧测力计的示数如图所示，则木板对A的摩擦力大小为 N。再用A、B叠放在一起做实验（A在下、B在上），弹簧测力计的示数较大，说明在接触面的粗糙程度相同时， 越大，滑动摩擦力越大。
（2）将B放在水平木板上进行实验，再与用A做的实验进行对比，目的是为了研究滑动摩擦力的大小与接触面的 （填“面积大小”或“粗糙程度”）的关系；用A、B分别做实验时，地面对水平木板的滑动摩擦力大小 （填“相等”或“不相等”）。
4．图甲所示的装置可以测量木块与木板之间的动摩擦因数。整个实验装置放在水平桌面上，跨过光滑定滑轮的细线两端分别与放置在木板上的木块和弹簧测力计相连，在木块上放置砝码。向右拉动木板，待弹簧测力计的示数稳定后读数。
(1)下列三个因素中，会引起测量误差的一项是 （填序号）
①向右拉木板的速度未能保持恒定
②木板与桌面间的摩擦力不能忽略
③滑轮和木块间的细线未保持水平
(2)改变木块上砝码个数进行多次测量后，在图乙中描出了木块所受滑动摩擦力Ff与砝码质量m间的关系图线。已知图线的斜率为k，图线在纵轴上的截距为a，则木块与木板之间的动摩擦因数= ，木块的质量为M= 。（用k、a及重力加速度g表示）
5．某小组想测出木块与长木板之间的动摩擦因数μ，但仅有一根劲度系数未知的弹簧，经过思考，该小组按如下步骤进行实验：
①如图a，测出轻弹簧的自然长度l0；
②如图b，将木块悬挂在弹簧的下端，静止时测出弹簧的长度l1；
③为测出木块与木板之间的动摩擦因数，该小组设计了如图c和图d两种方案．其中图c方案为：固定木板，用弹簧拉着木板匀速运动；图d方案为：将弹簧一端连接木板，另一端固定在墙壁上，拉动长木板使之向左水平运动．两种方案所测得的弹簧长度均记为l．
（1）比较图c和图d的两种方案，你认为图 方法更好．
（2）根据测出的物理量，木块与长木板之间动摩擦因数的表达式为μ= ．
6．某同学在做“测定木板与木块间动摩擦因数”的实验时，设计了两种实验方案．
方案一：木板固定，用弹簧测力计拉动木块，如图a所示．
方案二：用弹簧测力计钩住木块，用力拉动木板，如图b所示.
除了实验必须的弹簧测力计、木块、木板、细线外，该同学还准备了若干重力均为2.00N的砝码．
（1）上述两种方案中，你认为更合理的方案是 ，理由是 ．
（2）该同学在木块上加放砝码，改变木块对木板的压力，记录了5组实验数据，如下表所示：
请根据上述数据在图c坐标纸上做出摩擦力f和砝码对木块的压力F的关系图象（以F为横坐标）．
( )
（3）由图象可知，木块的重力为 N.木块与木板间的动摩擦因数为 .
7．某同学在做“测定木板与木块间动摩擦因数”的实验时，设计了两种实验方案.
方案一:木板固定，用弹簧测力计拉动木块，如图（a）所示.
方案二:用弹簧测力计钩住木块，用力拉动木板，如图（b）所示.
除了实验必需的弹簧测力计、木块、木板、细线外，该同学还准备了若干重量均为2.00 N的砝码.
（1）上述两种方案中，你认为更合理的是 ，理由是 ．
（2）该同学在木块上加放砝码，改变木块对木板的压力，记录了5组实验数据，如表所示:
请根据上述数据在图（c）坐标纸上作出摩擦力f和砝码对木块的压力F的关系图象（以F为横坐标） ，图象不过原点的原因是 ．
8．某同学用图甲所示装置测量木块与木板间的动摩擦因数．其主要实验步骤如下:
(1)用弹簧测力计测量5个相同的钩码受到的总重力，其示数如图乙所示，则弹簧测力计的示数为 N，每个钩码受到的重力大小为 N．
(2)将绕过定滑轮的柔软轻绳两端分别与木块和弹簧测力计连接，在木块上放钩码；调整实验桌使木板水平，调整滑轮位置使滑轮与木块间的轻绳平行木板．
(3)向左缓慢拉动木板，待弹簧测力计指针稳定时读出弹簧测力计的示数．
(4)每次往本块上添加一个钩码，重复步噪(3).根据实验数据，作出弹簧测力计示数F与钩码个数n的关系图象如图丙所示，则本块与木板间的动摩擦因数为 ，木块受到的重力大小为 N，(结果均保留两位有效数字)
9．物理小组在一次探究活动中测量滑块与木板之间的动摩擦因数．实验装置如图，一表面粗糙的木板固定在水平桌面上，一端装有定滑轮；木板上有一滑块，其一端与电磁打点计时器的纸带相连，另一端通过跨过定滑轮的细线与托盘连接．打点计时器使用的交流电源的频率为50Hz．开始实验时，在托盘中放入适量砝码，滑块开始做匀加速运动，在纸带上打出一系列小点．
（1）滑块做匀加速运动过程中托盘受到细线的拉力 （填“小于”、“等于”或“大于”）托盘及砝码的总重力．
（2）如图给出的是实验中获取的一条纸带的一部分：0、1、2、3、4、5、6是计数点，每相邻两计数点间还有4个计时点（图中未标出），计数点间的距离如图所示．根据图中数据计算的加速度a＝ （保留三位有效数字）．
（3）为测量动摩擦因数，还需要测量出滑块的质量m2 与托盘和砝码的总质量m3，则滑块与木板间的动摩擦因数μ＝ （用m2、m3、a、重力加速度g表示），与真实值相比，测量的动摩擦因数 （填“偏大”或“偏小”）．
10．某实验兴趣小组为了测量物体间的动摩擦因数，设计了如下实验：
(1)如图甲，将轻弹簧竖直悬挂，用刻度尺测出弹簧自由悬挂时的长度L1=4.00cm．
(2)如图乙，在弹簧的下端悬挂小木块，用刻度尺测出稳定时弹簧的长度L2= cm．
(3)将一长木板平放在水平面上，小木块放置于木板上表面，如图丙，将图乙中的弹簧左端固定在竖直墙壁上，右端拴接小木块，使弹簧水平，用力F向右拉动长木板，长木板与小木块发生相对运动，当小木块稳定时，测出此时弹簧的长度L3=6.07cm．
(4)根据上面的操作，可以得出小木块与长木板间的动摩擦因数μ= (结果保留两位有效数字)．
(5)若图丙实验中弹簧不水平，左端略高一些，由此而引起的动摩擦因数μ的测量结果 (填“偏大”或“偏小”)
11．一位同学在学习了滑动摩擦力之后，想自己的运动鞋与某种木板之间的动摩擦系数．于是他通过实验探究这个问题．本实验中，该同学设计了两种方案：
方案一：木板水平固定．通过弹簧测力计水平拉动木板上的运动鞋，如图甲所示.
方案二：运动鞋与弹簧测力计的一端相连，弹簧测力计的另一端固定在墙壁上．通过细绳水平拉动运动鞋下方的木板，如图乙所示.
两种方案中，你认为更合理、更易于操作的是方案 （填：一或二）；
选择该方案的原因是： .
12．科学探究活动通常包括以下要素：提出问题，猜想与假设，设计实验与制订计划，进行实验与收集证据，分析与论证，评估，交流与合作．某班物理课外学习小组在进行《探究摩擦力的大小与什么因素有关》的课题研究时，同学们提出“滑动摩擦力大小可能与接触面间的压力有关”．
(1)这属于科学探究活动的 要素．
(2)他们用下图1所示的实验装置来探究木块A受到的滑动摩擦力与压力的关系，
已测得木块A的质量为100g，木板B在拉力作用下发生相对于木块A的运动时，测定木块A静止时弹簧测力计的示数F，得到一组F与相应的放在木块A上的砝码重力G的数据（如下表）．
木块A静止时若弹簧测力计读数为0.90N，则木块A受到木板B作用的滑动摩擦力为 N．
(3)根据表中的数据在答题卡上所示的方格坐标纸中作出滑动摩擦力Ff与压力FN的关系图像 （图2）． （ g取10N/kg）
(4)根据你作出的图像得出的结论回答：木块A与木板B之间的动摩擦因数为 ．
(5)当放在木块A上的砝码重力G为3.00N，木板B在拉力作用下发生相对于木块A运动时，木块A所受滑动摩擦力应为 N．
13．科学探究活动通常包括以下要素∶提出问题，猜想与假设，设计实验与制订计划，进行实验与收集证据，分析与论证，评估，交流与合作。某班物理课外学习小组在进行《探究摩擦力的大小与什么有关》的课题研究时，同学们提出“滑动摩擦力大小可能与接触面间的压力有关”

（1）这属于科学探究活动的 要素；
（2）他们用如图1所示的实验装置来探究木块A受到的滑动摩擦力与压力的关系，已测得木块A的质量为，木板B在拉力作用下发生相对于木块A运动时，测定木块A静止时弹簧测力计的示数F，得到一组F与相对应的放在A上的砝码重力G的数据（如表）。
木块A静止时若弹簧测力计读数为0.90N，则木块A受到木板B作用的滑动摩擦力为 ；
（3）根据表中的数据在答题卡上所示的坐标纸中作出滑动摩擦力Ff与压力FN的关系图像 ；
（4）根据你作出的图像所得出的结论回答：木块A与木板B之间的动摩擦因数为 ；
（5）当放在木块A上的砝码重力G为，木板B在拉力作用下发生相对于木块A运动时，木块A所受滑动摩擦力应为 N。
14．为了探究“滑动摩擦力大小与什么因素有关”，小明设计了如图所示的实验，请你完成下列内容。
（1）比较乙、丙实验，是为了研究滑动摩擦力大小与 有关。（选填“压力”或“接触面粗糙程度”）
（2）比较甲、丁实验，发现甲实验弹簧测力计的示数大于丁实验弹簧测力计的示数，小明得出结论：滑动摩擦力的大小与接触面积的大小有关，你认为他的结论是 （选填“正确”或“错误”）的。
（3）小明要对实验装置进行改动，如戊图所示，重复实验，发现效果更好，在采用戊图实验中，小明 （选填“一定”或“不一定”）要匀速拉动长木板。
木板
玻璃板
玻璃板（1个木块）
木板（1个木块）
1个木块
2个木块
1个木块
速度大
速度小
木块平放
木块侧放
测力计
0.5N
1.0N
0.3N
0.3N
0.3N
0.5N
0.5N
实验次数
1
2
3
4
运动速度（m/s）
0.2
0.3
0.4
0.5
测力计示数（N）
1.2
1.2
1.2
1.2
实验次数
1
2
3
4
5
砝码/个数
0
1
2
3
4
砝码对木块压力N
0
2.00
4.00
6.00
8.00
测力计读数N
1.50
2.00
2.50
2.90
3.50
实验次数
1
2
3
4
5
砝码/个数
0
1
2
3
4
砝码对木块压力/N
0
2.00
4.00
6.00
8.00
测力计读数/N
1.50
2.00
2.50
2.90
3.50
砝码G/N
0
0.50
1.00
1.50
2.00
压力FN/N
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
弹簧测力计读数F/N
0.30
0.45
0.30
0.76
0.90
砝码G/N
0
0.50
1.00
1.50
2.00
压力FN/N
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
弹簧测力计读数F/N
0.30
0.45
0.60
0.76
0.90
参考答案：
1． 甲 C B
【详解】（1）[1]由图示实验可知，方案甲中，弹簧测力计固定不动，不受木板如何运动的限制，使示数更稳定，测量更准确，因此甲方案更合理；
（2）①[2]本实验在研究影响摩擦力大小的因素采用的研究方法为控制变量法。
故选C。
②[3]A．根据表中玻璃板组数据可知物体所受的摩擦力的大小与物体的运动快慢程度无关，故A错误；
B．根据表中数据可知动摩擦因数由物体的材料、接触面的粗糙程度决定，与接触面积无关，故B正确；
C．摩擦力的方向总与物体的运动方向在同一直线上，总是阻碍物体的相对运动，可能与物体的运动方向相同，也可能与物体的运动方向相反，根据可知对物体不总是做负功，故C错误；
D．使用（1）中甲方案实验时，木块保持静止，所受摩擦力为滑动摩擦力，故D错误。
故选B。
2． 等于 甲、丙 无关 不需要
【详解】（1）[1]木块沿水平方向匀速拉动，则在水平方向上的拉力和摩擦力二力平衡，根据平衡力的特点，拉力和摩擦力的大小相等，故选填“相等”。
（3）[2]本实验采用的是控制变量法，探究摩擦力与粗糙程度的关系，应该控制除粗糙程度之外的其他条件都相同，所以应该选择甲和丙两组实验进行比较，故填“甲、丙”。
（4）[3]根据表格中的数据可知，木块做匀速直线运动的运动速度不同，但弹簧测力计的示数相同，由二力平衡可知：木块做匀速直线运动的运动速度不同，摩擦力大小相同，所以摩擦力大小与物体运动的速度无关，故选填“无关”。
（5）[4]根据丁图的实验方案，利用的是木块处于静止状态下的滑动摩擦力，其大小与弹簧拉力的大小相等，与长木板的运动无关，故不需要控制长木板做匀速直线运动，故选填“不需要”。
3． 1.4 压力 粗糙程度 相等
【详解】（1）[1]用A做实验，水平向左拉动木板时，弹簧测力计的示数如图所示，根据受力平衡可得木板对A的摩擦力大小为
[2]再用A、B叠放在一起做实验（A在下、B在上），弹簧测力计的示数较大，说明在接触面的粗糙程度相同时，压力越大，滑动摩擦力越大。
（2）[3]将B放在水平木板上进行实验，再与用A做的实验进行对比，由于两个物块A、B表面粗糙程度不同，则目的是为了研究滑动摩擦力的大小与接触面的粗糙程度的关系；
[4]用A、B分别做实验时，由于两个物块A、B质量相等，可知木板对地面的压力相等，则地面对水平木板的滑动摩擦力大小相等。
4． ③
【详解】(1)[1]本题研究木块与木板间的滑动摩擦力，摩擦力大小只与压力和动摩擦因数的关，与木板与桌面间的摩擦力无关，与木板的运动速度无关，当细绳水平时，绳子拉力等于滑动摩擦力，因此③会引起实验误差，而①②不会。
故选③。
(2)[2][3]根据
因此
，
故
，
5． d
【详解】（1）[1]比较两种实验方案的操作过程可以看出，图C中的物体在弹簧测力计作用下很难控制它一直做匀速直线运动，弹簧秤的示数不稳定，而图d中拉动的是木板，木板运动的速度不影响摩擦力的大小，稳定时弹簧测力计与木块相对于地静止，此时读数更准确．所以，更合理的方案是图d；
（2）[2]设物体的质量为m，据图中的平衡条件可知，
，
由于弹簧的弹力和滑动摩擦力是一对平衡力，所以有：
，
又
，
联立以上解得：
；
6． 方案二 图（b）中固定弹簧测力计，拉动木板做相对运动，更容易控制拉动的速度，使示数更稳定，测量更准确 6.00 0.25
【详解】(1)[1]方案二更合理；
[2]理由是：图（b）中固定弹簧测力计，拉动木板做相对运动，更容易控制拉动的速度，使示数更稳定，测量更准确；
(2)[3]采用描点法画出的图象如图
(3)[4][5]由题意可知，图象的斜率
在砝码对木块压力为0时，木板对木块也有摩擦力为1.50N，即
所以木块重力
G=6.00N
7． 方案二 木板向左运动的快慢不会引起弹簧测力计的示数发生变化 压力中漏掉了木块的重力
【详解】（1）[1]方案二更合理：
[2]理由是：图（b）中固定弹簧测力计，拉动木板做相对运动，更容易控制拉动的速度，即木板向左运动的快慢不会引起弹簧测力计的示数发生变化，从而使示数更稳定，测量更准确；
（2）[3]采用描点法画出的图象如下：
[4]当砝码对木块的压力时，摩擦力，即压力N中漏掉了木块的重力，所以图象不过原点．
8． 4.90 0.98 0.40(0.39～0.41均可给分) 3.5(3.4～3.6均可给分)
【详解】[1][2]由图知，弹簧测力计的最小分度为0.1N，所以其读数为4.90N，每个钩码受到的重力大小为0.98N；
[3][4]木块受到的滑动摩擦力大小
，
由平衡条件可知：
，
解得：
，
结合图乙可知：
，
，
联立解得：
，
木块受到的重力Mg大小约为3.5N．
9． 小于 0.496m/s2 偏大
【详解】（1）[1]设滑块的质量为，托盘和砝码的总质量为，对滑块和托盘整体由牛顿第二定律，对托盘由牛顿第二定律可得，化简可得，即托盘受到细线的拉力小于托盘及砝码的总重力．
（2）[2]运用逐差法有：，，，则有：
其中代入数据解得：
（3）[3][4]以系统为研究对象，由牛顿第二定律得：，滑动摩擦力：，解得：；由牛顿第二定律列方程的过程中，考虑了木块和木板之间的摩擦，但没有考虑打点计时器给纸带的阻力、细线和滑轮间、以及空气等阻力，因此导致摩擦因数的测量值偏大．
10． （2）8.65（8.63-8.67） （4）0.44或0.45 （5）偏小
【详解】解：(2)刻度尺的分度值为，刻度尺的读数为，即用刻度尺测出稳定时弹簧的长度；
(4)根据平衡条件可得小木块的重力为：，，用力向右拉动长木板，长木板与小木块发生相对运动，当小木块稳定时，则有：，可以得出小木块与长木板间的动摩擦因数：；
(5) 若图丙实验中弹簧不水平，左端略高一些，则有：，解得小木块与长木板间的动摩擦因数：，由于左端略高一些，则有，所以：，由此而引起的动摩擦因数μ的测量结果偏小．
11． 二 方案一是实验时应控制运动鞋做匀速直线运动；而方案二实验时不需要控制木板做匀速直线运动，便于实验操作，同时测力计是静止的，便于对测力计读数．
【分析】运动鞋做匀速直线运动时受平衡力，根据二力平衡条件可以求出摩擦力大小；分析图示实验装置，然后答题；
【详解】两种方案中，更合理、更易于操作的是方案二；
选择该方案的原因是：方案一是用弹簧测力计水平拉动运动鞋，当运动鞋做匀速直线运动时，运动鞋处于平衡状态，拉力与摩擦力是一对平衡力，由平衡条件可知，摩擦力等于测力计拉力，因此实验时应控制运动鞋做匀速直线运动；而方案二是拉动木板，运动鞋静止，运动鞋处于平衡状态，运动鞋受到的拉力都等于测力计的拉力，实验时不需要控制木板做匀速直线运动，便于实验操作，同时测力计是静止的，便于对测力计读数，所以选择方案二．
12． 猜想与假设 0.90N 0.3 1.20
【详解】（1）科学探究的七个环节依次是：提出问题、猜想与假设、制定计划与设计实验、进行实验与搜集数据、分析与论证、评估、交流与合作．同学们提出“滑动摩擦力大小可能与接触面间的压力有关”属于七个环节中的猜想与假设环节，所以是猜想与假设．
（2）木块A处于静止状态，合力为零，故受到的摩擦力与弹簧的拉力相等，故f=F=0.9N．
（3）通过描点做出Ff与压力Fn的关系图象如图所示：
（4）由记录的数据和图象可以看出，摩擦力与压力大小成正比，并且满足Ff=0.30FN，所以木块A与木板B之间的动摩擦因数为0.30；当放在木块A上的砝码重力G为3.00N，木块A对B的压力为FN=1N+3.00N=4N，因此木块A所受滑动摩擦力Ff=0.30FN=0.30×4N=1.20N．
13． 猜想与假设 0.90N 0.3 1.200N
【详解】（1）[1]科学探究的七个要素依次是：提出问题、猜想与假设、制定计划与设计实验、进行实验与搜集数据、分析与论证、评估、交流与合作，同学们提出“滑动摩擦力大小可能与接触面间的压力有关”属于七个要素中的“猜想与假设”要素；
（2）[2]由于A处于静止状态，则弹簧秤的拉力等于A受到滑动摩擦力为。
（3）[3]横轴每一个方格代表，纵轴每小格代表，通过描点可以得到滑动摩擦力与压力的关系图像如图所示
（4）[4]根据公式可知，图像斜率为
（5）[5]由记录的数据和图像可以看出，摩擦力与压力大小成正比，并且满足
当放在木块A上的砝码重力G为，木块A对B的压力为
因此木块A所受滑动摩擦力
14． 接触面粗糙程度 错误 不一定
【分析】因为实验中涉及的变量较多，所以需要用到控制变量法，即研究滑动摩擦力与其中一个变量的关系时，需要控制其他变量相同，据此分析。
【详解】（1）[1]比较实验甲和乙，接触面粗糙程度相同，而压力大小不同，是为了探究滑动摩擦力大小是否与压力大小有关；
（2）[2]在研究滑动摩擦力的大小与接触面积的大小有关时，要控制压力大小和接触面的粗糙程度相同，而原实验中，将物体切去一半，压力变小了，故他的结论是错误的；
（3）[3]由图戊所示实验可知，拉动木板时物块保持不动，物块处于平衡状态，滑动摩擦力等于测力计的拉力，实验时不一定使木板做匀速直线运动。