备战2021 中考物理专题复习 专题08 摩擦力及其实验中考问题

专题08   摩擦力及其实验问题

知识点1：摩擦力概念：两个相互接触的物体，当它们做相对运动时，在接触面上产生的阻碍相对运动的力叫摩擦力。

（1）摩擦分为滑动摩擦和滚动摩擦，滚动摩擦比滑动摩擦小得多。

（2）滑动摩擦和滚动摩擦既跟作用在物体表面的压力有关，又跟接触面的粗糙程度有关。

滑动摩擦力的方向跟物体相对运动方向相反。

（3）我们应增大有益摩擦，减小有害摩擦。增大摩擦的方法：增加接触面的粗慥程度，增加压力，变滚动为滑动；减小摩擦的方法：减小接触面的粗慥程度（使接触面光滑），减小压力，使两个互相接触的表面分开，变滑动为滚动。

知识点2：探究摩擦力实验

（1）实验原理：二力平衡

（2）实验方法：把木块放在水平长木板上，用弹簧测力计水平拉木块，使木块匀速运动，读出这时的拉力就等于滑动摩擦力的大小。应用转换法。

（3）实验结论：接触面粗糙程度相同时，压力越大滑动摩擦力越大；压力相同时，接触面越粗糙滑动摩擦力越大。该研究采用了控制变量法。

由前两结论可概括为：滑动摩擦力的大小与压力大小和接触面的粗糙程度有关。实验还可研究滑动摩擦力的大小与接触面大小、运动速度，拉力大小等无关。

【例题1】（2020湖南常德）如图，物体重50N静止在竖直的墙壁上，F压=30N，若物体与墙壁的接触面积为0.2m2，下列分析正确的是（　　）

A. 物体受到竖直向上的摩擦力大小等于50N

B. 物体对墙壁的压强为250Pa

C. 物体受到的压力越大，摩擦力越大

D. 若物体受到的力全部消失，则物体向下运动

【答案】A

【解析】A．物体静止在竖直的墙壁上，则即物体处于平衡状态，所受的是平衡力，那么物体在竖直方向上所受的两个力：重力和摩擦力是一对平衡力，所以摩擦力的大小等于50N，故A正确；

B．物体对墙壁的压强

故B错误；

C．物体是被压在竖直墙壁上并处于静止状态，其摩擦力的大小与重力的大小有关，故C错误；

D．若物体所受的力全部消失，则物体会保持原来的运动状态不变，而物体原是静止的，那么还会保持静止不动，故D错误。

【对点练习】如图所示的各种做法中，属于增大摩擦的是（　　）

A．自行车上的滚动轴承    B．体操运动员手上涂有防滑粉

C．冰壶运动员用刷子刷冰面 D．给门轴上的合页加润滑油

【答案】B．

【解析】（1）增大摩擦力的方法：增大压力，增大接触面的粗糙程度．

（2）减小摩擦力的方法：减小压力，减小接触面的粗糙程度，使接触面脱离，用滚动代替滑动．

A．自行车上的滚动轴承，是用滚动代替滑动来减小摩擦力．故A不符合题意；

B．体操运动员手上涂有防滑粉，是在压力一定时，通过增大接触面的粗糙程度来增大摩擦力．故B符合题意；

C．冰壶运动员用刷子刷冰面，是在压力一定的情况下，通过减小接触面的粗糙程度来减小摩擦的，故C不符合题意；

D．给门轴上的合页加润滑油，是使接触面脱离来减小摩擦力．故D不符合题意．

【例题2】（2020湖北武汉）在探究影响滑动摩擦力大小的因素的实验中，某同学所用器材如图甲所示其中长木板B的表面比A的表面更粗糙，物块各表面的粗糙程度均相同，它的长、宽和高分别是10cm、8cm和6cm。

将物块放在水平放置的长木板上，再把砝码放在物块上，用弹簧测力计水平拉动物块，沿长木板做匀速直线运动，实验记录如下表:

(1)第1次实验中，弹簧测力计示数如图乙所示，该示数是_____________N；

(2)由1、2两次实验可知：压力相同时，物块与长木板的接触面越粗糙，物块受到的滑动摩擦力______(填“越小”或“越大” )；

由2、3两次实验可知：增加物块上砝码的质量，从而增大______（填“砝码对物块”“砝码对长木板”或“物块对长木板”)的压力，这样就可以探究接触面粗糙程度相同时，滑动摩擦力大小跟压力的关系；

(3)第4次实验中，弹簧测力计示数是___________N。

【答案】 (1) 1.8    (2) 越大    物块对长木板   (3)2.2

【解析】(1)由图乙知，弹簧测力计的分度值为0.2N，示数为1.8N。

(2)由1、2两次实验数据分析知，当压力相同时，物块与长木板的接触面越粗糙，物块受到的滑动摩擦力越大。

由2、3两次实验可知：增加物块上砝码的质量，从而增大物块对长木板的压力。

(3)由2、4两次实验可知，物块对长木板的压力相同，接触面的粗糙程度相同，故木块两受到摩擦力相同，故弹簧测力计示数是2.2N。

【对点练习】在探究滑动摩擦力大小与哪些因素有关时，用完全相同的木块分别作了如图所示的实验。

（1）实验中，当弹簧测力计拉木块沿水平方向做________运动时，木块受到的摩擦力大小等于弹簧测力计的示数；

（2）甲、乙两图的实验说明了滑动摩擦力的大小与________有关；

（3）甲、丙两图的实验说明了滑动摩擦力的大小与________有关；

（4）当所要研究的物理量与多个因素有关时，采用的探究方法应是________法。

【答案】匀速直线   压力的大小   接触面的粗糙程度   控制变量法

【解析】（1）木块受到的摩擦力大小等于弹簧测力计的示数，木块在水平方向受到平衡力作用，木块做匀速直线运动。

（2）木块接触的表面不同弹簧读数不同，摩擦力与接触面粗糙程度有关。木块接触的对接触面压力不同弹簧读数不同，摩擦力与压力有关。

（3）压力一定，接触面粗糙程度不同，摩擦力不同。

（4）让一个物理量保持不变，研究另外两个物理量之间的关系的方法称为控制变量法。

一、选择题

1．（2020黑龙江龙东农垦森工）如图所示，物体A和B叠放在一起放在水平地面上，在大小为F的恒力作用下，沿水平面做匀速直线运动，则下列结论错误的是（　　）

A．甲乙两图中A物体所受摩擦力大小均为F 

B．甲乙两图中B物体受到地面对它的摩擦力均为F 

C．甲图中物体A受到的摩擦力为F，物体B受到地面对它摩擦力为F 

D．乙图中物体A受到的摩擦力为F，物体B受到地面对它摩擦力为F

【答案】AD

【解析】A.甲图中，A做匀速直线运动，在水平方向受拉力F和B对它的摩擦力作用，根据二力平衡条件可知f＝F，即A物体所受的摩擦力大小为F；乙图中A物体与B相对静止，A物体在水平方向没有力的作用，A物体所受的摩擦力为0；故A错误；

B.以AB整体为研究对象，在水平方向受地面的摩擦力和拉力F，这两个力相互平衡，则f＝F，所以两种情况下B物体受到地面对它的摩擦力均为F，故B正确；

C.甲图中以A为研究对象，A做匀速直线运动，在水平方向受拉力F和B对它的摩擦力作用，且f＝F，故C正确；

D.乙图，AB同时向前做匀速直线运动，所以AB之间没有相对运动的趋势，A不受摩擦力的作用，故D错误。

2.（2020江苏连云港）如图所示，某同学进行爬竿训练，爬上竿顶后，再从竿顶顺竿滑到地面，每次所用时间各不相同，下列说法正确的是（　　）

A. 向上爬竿过程中动能转化为重力势能

B. 下滑过程中摩擦力的大小一定保持不变

C. 向上爬竿时受到的摩擦力方向向上

D. 下滑时间短的那次速度大，重力做的功多

【答案】C

【解析】A．向上爬竿过程中，速度变化，动能可能增大，可能不变，可能减小，重力势能增大，动能没有转化为重力势能，故A错误；

B．下滑过程中，速度变化，受到的重力和摩擦力不一定是平衡力，摩擦力不一定等于重力，摩擦力大小可能变化，故B错误；

C．向上爬竿时，手相对于竿向下运动，受到的摩擦力方向向上，故C正确；

D．下滑到底端，运动的距离相等，由v=可知时间短的那次速度大，由W=Gh可知各次重力做的功相等，故D错误。

3．（2020甘肃天水）如图所示，下列四幅图对应的说法正确的是（　　）

A．图甲中某同学沿杆匀速向上爬升时，该同学受到的摩擦力方向向下 

B．图乙中筷子提米在空中静止时，筷子所受米给它的摩擦力方向向上 

C．图丙中在力F拉动木板B使其速度逐渐变大的过程中，弹簧测力计的示数保持不变 

D．图丁小球可在A、B两点间来回摆动，当小球摆到最高点B点时，细线恰好断开，则小球将保持静止

【答案】C

【解析】（1）摩擦力包括静摩擦力、滑动摩擦力以及滚动摩擦力；先分析图中现象，然后根据物体受到摩擦力的种类和二力平衡的条件确定力的大小和方向。

（2）分析小球到达B点的运动状态及受力情况，便可得出结论。

A.图（甲）中某同学沿杆匀速向上爬升时，受重力和摩擦力作用，因为重力竖直向下，故该同学受到的摩擦力方向向上；故A错误；

B.图（乙）中筷子提米在空中静止时，受重力和摩擦力作用，筷子对米的摩擦力竖直向上，所以米对筷子的摩擦力方向向下；故B错误；

C.图（丙）中在力F拉动木板B使其速度逐渐变大的过程中，A受到滑动摩擦力作用，由于A、B间的压力和接触面的粗糙程度不变，即摩擦力不变，故弹簧测力计的示数不变；故C正确；

D.由于小球可在A、B两点间来回摆动。当小球摆到B点时，小球速度恰好为零，此时若细线恰好断开，则小球只受重力作用而竖直下落。所以，将沿BE方向运动。故D错误。

【点评】此题考查了摩擦力的种类、力和运动之间的关系，关键是分析出物体发生的相对运动是何种运动方式﹣﹣滑动、滚动、有运动趋势（相对静止）；然后结合二力平衡的条件判断摩擦力的大小和方向。

4.（2020云南模拟）下列实例中，属于增大摩擦的是（   ）

A．往自行车轴承中加润滑油           B．行李箱下安装滚动轮子

C．骑自行车刹车时用力捏闸           D．将滑梯的滑道做得光滑

【答案】C

【解析】增大摩擦的方法有：增大压力或增加接触面的粗糙程度。A．往自行车轴承中加润滑油，是为了使接触面分离而减小摩擦，故A不符合题意；B．行李箱下安装滚动轮子，是变滑动摩擦为滚动摩擦，从而大大减小摩擦，故B不符合题意；C．骑自行车刹车时用力捏闸，是通过增大压力来增大摩擦的，故C符合题意；D．将滑梯的滑道做得光滑，是通过减少接触面的粗糙程度来减小摩擦的，故D不符合题意。

5．（2020牡丹江模拟）关于重力、弹力和摩擦力，下列说法中正确的是（　　）

A．因为物体本身就有重力，所以重力没有施力物体 

B．物体受到的重力的方向总是竖直向下，有时还垂直于接触面 

C．物体间如果有相互作用的弹力，就定存在摩擦力 

D．摩擦力的方向定与物体运动的方向相反

【答案】B

【解析】A.物体本身没有重力（只有质量），重力是由于地球的吸引而产生的；故A错误；

B.重力的方向总是竖直向下的，当接触面水平时，则重力的方向垂直于接触面，故B正确；

C.物体间有相互作用的弹力时，如果没有相对运动或相对运动的趋势，或接触面光滑，则物体也不受摩擦力；故C错误；

D.滑动摩擦力的方向与物体的相对运动方向相反；如传送带的物体，当加速运动时摩擦力的方向与运动方向就相同，故D错误。

二、填空题

6．（2020黑龙江龙东农垦森工）自行车的设计中有很多地方利用了物理知识。如车座设计得宽大是为了减小　   　；车把上有花纹是为了增大　   　。

【答案】压强；摩擦力。

【解析】车座设计得宽大，是在压力一定时，通过增大受力面积来减小压强。

自行车的车把上有花纹，是在压力一定时，通过增大接触面的粗糙程度来增大摩擦力。

7.如图所示，在水平拉力F1=10N作用下，木板甲在水平地面上匀速向右运动，同时物块乙相对于地面静止，已知此时墙壁对物块乙的拉力F2=4N．则木板甲与地面间的摩擦力是    N。

【答案】6

【解析】此时墙壁对物块乙的拉力F2=4N，方向向左；乙水平方向上受拉力和摩擦力，由二力平衡可得，摩擦力与拉力应大小相等，方向相反，故摩擦力大小为4N；摩擦力水平向右；

以甲为研究对象，它受到向右的拉力为10N，同时受到地面对它的摩擦力和物体乙对它的摩擦力，二者之和为10N，

所以地面对物体甲的摩擦力为f=10N﹣4N=6N。

8.（2020苏州模拟）物体放在水平面上，受到水平力F1=10N和F2=4N的作用处于静止状态，如图所示。此时物体受到的静摩擦力是      N；如果将F1撤去，物体所受合力为      N。

【答案】6；0

【解析】先对物体进行受力分析，然后根据物体受力情况计算出摩擦力的大小；再确定物体的状态，即物体处于静止状态或匀速直线运动状态时，物体受到的合力为0，否则根据力的合成计算合力的大小。因为物体在水平力F1=7N和F2=3N的作用时，物体静止，所以物体受平衡力作用，则物体还受到一个水平向左的摩擦力f=F1﹣F2=10N﹣4N=6N；

如果将 F1撤去，物体受到10N水平向左的力，此时物体对水平面的压力不变，接触面的粗糙程度不变，故受到的摩擦力不变，仍为4N，且水平向右，所以物体仍然静止，故合力为0。

9.（2020杭州模拟）如图A物体放在水平桌面上，用大小为20N的水平拉力F拉着物体匀速运动，则物体受到的摩擦力为     N，撤去力F后，物体由于会继续运动，物体受到的摩擦力将       （选填“变大”“变小”或“不变”）。

【答案】20；不变

【解析】（1）首先对物体进行受力分析，根据匀速直线运动的物体受到平衡力的作用，根据平衡力条件，判断滑动摩擦力大小。物体匀速运动时，竖直方向上受到重力和支持力，水平方向上受到拉力和滑动摩擦力作用，重力和支持力是一对平衡力，拉力和滑动摩擦力是一对平衡力，拉力大小是20N，所以滑动摩擦力大小是20N。

（2）滑动摩擦力大小跟压力大小和接触面粗糙程度有关，跟物体的运动速度、接触面积大小都没有关系。撤去力F后，压力不变，接触面粗糙程度不变，滑动摩擦力保持20N不变。

三、实验探究题

10.（2020江苏连云港）学习过摩擦力以后，小明同学想探究“滑动摩擦力的大小与物体运动速度大小”之间的关系，为了提高实验的精准度，小明选用了如图甲所示的装置，该装置通过驱动装置带动传送带运动，木块保持不动，其中力传感器可以代替弹簧测力计精确显示拉力的大小。驱动装置的电路如图乙所示。

(1)在实验过程中，要增大传送带运动的速度，可以将滑动变阻器滑片向______（选填“ 左”或“右”）移动实现；

(2)在实验过程中让同一木块在同一传送带上进行实验是为了______；

(3)图丙是不同速度下滑动摩擦力与时间的关系图，观察该图可知，滑动摩擦力的大小与物体运动速度大小______（ 选填“有关”或“无关”），理由是______。

【答案】 (1)左 (2) 控制压力和接触面的粗糙程度相同  (3)无关  (4)当速度变化时，滑动摩擦力的大小不变

【解析】(1)由图乙可知，要增大传送带运动的速度，需要增大电动机的速度，可以增大电路中的电流，变阻器连入电路的电阻变小时，由I=可知通过电路的电流变大，所以将滑动变阻器滑片向左移动，变阻器连入电路的电阻变小。

(2)让同一木块在同一传送带上进行实验，这样可以控制压力和接触面的粗糙程度相同。

(3)由图丙可知，当速度变化时，滑动摩擦力的大小不变，说明滑动摩擦力的大小与物体运动速度大小无关。

11.（2020广东模拟）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100g，测定木板B在拉力作用下发生相对于木块A运动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（如表）．请在表格中的空格内填上合理的数据，并根据表中的数据在如图2所示的方格坐标纸中作出滑动摩擦力Ff与压力FN的关系图象． （ g取10N/Kg）

（3）根据你作出的图象所得出的结论判断：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．

【答案】（1）猜想与假设．

（2）如下表：

图象如图：

（3）1.2．

【解析】（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．

（2）木块A的质量为100g，则木块A的重力GA=mg=0.1kg×10N/kg=1N．木块A对木块B的压力等于钩码重力和物体A的重力之和，即FN=GA+G，就可以分别计算出表中压力的大小．本题中摩擦力的大小是通过弹簧测力计拉力的大小体现的，无论木块B是否做匀速直线运动，弹簧测力计的示数都等于摩擦力的大小．

（3）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=0.3FN；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=0.3FN=0.3×4N=1.2N．

12.（2020深圳模拟）探究影响滑动摩擦力大小因素的实验装置如图所示。在小桶内装入适量的沙子,滑块恰好在水平木板上做匀速直线运动。

(1)为测量滑块受到的滑动摩擦力的大小,应测量________,所需测量仪器是________。

(2)把毛巾铺在木板上,发现需要装入更多的沙子,滑块才能做匀速直线运动,说明________。

(3)小明想用钩码代替沙桶,请你对此作出评价:_______________。

【答案】(1)沙和桶的重力　弹簧测力计　(2)压力一定时,接触面越粗糙,滑动摩擦力越大　(3)方便得出钩码重力,但无法连续改变拉力大小(难于调整平衡)

【解析】本题考查二力平衡的探究。

（1）由实验装置可以看出,当滑块在木板上做匀速直线运动时,滑块受力平衡,滑块受到的摩擦力大小和小桶与沙子的总重力相等,为测量滑块受到的摩擦力测出沙和桶的重力即可,测量它们的重力应用到弹簧测力计。

（2）把毛巾铺在木板上,在压力不变的情况下,使得滑块和接触面之间的粗糙程度变大,此时需要加更多的沙子滑块才会做匀速直线运动,说明滑块受到的摩擦力变大,因此结论为压力一定时,接触面越粗糙,滑动摩擦力越大。

（3）用钩码代替沙桶后,钩码的重力可直接读出,但相对沙桶,钩码不能连续地改变自身的重力,这样对滑块的拉力可能大于摩擦力,也可能小于摩擦力,很难做到恰好平衡。

13.（2020无锡模拟）如图所示是某物理小组探究“滑动摩擦力大小与什么因素有关”的实验。

（1）实验过程中，必须用弹簧测力计沿水平方向拉着木块做________运动，这样做便于测量滑动摩擦力的大小。

（2）观察图甲、乙，发现弹簧测力计的示数F1＜F2，由此可知：在接触面粗糙程度相同时，_______越大，滑动摩擦力越大。

（3）观察图甲、丙，发现弹簧测力计的示数F1＜F3，说明：压力一定时，接触面粗糙程度________，滑动摩擦力越大。

（4）在实验后交流的过程中，小华发现有同学设计的实验装置如图所示，实验时，在托盘中放入适量的砝码，使木块做匀速直线运动。请回答下列问题：

①为了测量木块的滑动摩擦力，需要测量的物理量是________（填选项目前的编号）。

A．木板的质量m1     B．木块的质量m2

C．砝码的质量m3     D．托盘和砝码的总质量m4

②木块的滑动摩擦力表达式为f=________（用已知和测量的物理量符号表示）。

③小华猜想：摩擦力的大小可能跟接触面的面积有关。于是，他在上述实验的基础上，将木块沿竖直方向切去一部分后。用剩下的部分继续进行实验，测得的滑动摩擦力变小。由此得出：滑动摩擦力的大小随接触面积的减小而减小。你认为她的探究过程存在的问题是______。正确的做法是：小华将木块沿竖直方向切去一部分后，________，进行实验。

【答案】（1）匀速直线（2）压力（3）越大（4）①D②m4g③没有控制木板受到的压力不变   把截去的部分叠在剩下部分的上面。

【解析】（1）用弹簧测力计沿水平方向拉着木块做匀速直线运动，木块受到的摩擦力等于测力计读数，这样做便于测量滑动摩擦力的大小。

（2）在接触面粗糙程度相同时，压力越大，滑动摩擦力越大。

（3）压力一定时，接触面粗糙程度越大，滑动摩擦力越大。

（4）①木块受到的摩擦力等于托盘和砝码的总重力，所以需要测量的物理量是托盘和砝码的总质量m4。

②木块的滑动摩擦力表达式为f=m4g。

③没有控制木板受到的压力不变，把截去的部分叠在剩下部分的上面。

14.（2020哈尔滨模拟）小明在研究“影响滑动摩擦力大小的因素”时．提出了如下猜想：

猜想一：滑动摩擦力的大小与接触面所受的压力有关；

猜想二：滑动摩擦力的大小与接触面的粗糙程度有关．

为了验证猜想，准备了如下实验器材：一个带挂钩的木块（重6N）、两个砝码（每个重5N）、一个长木板和一个弹簧测力计，所用实验装置如图所示．

在验证猜想一时，用弹簧测力计水平拉动木块，使它沿水平长木板做匀速直线运动，读取弹簧测力计的示数；在木块上分别放置一个和两个砝码，按上述操作再做两次实验，得到的实验数据如下表所示．

（1）请将表中空格部分填写完整．

（2）结合实验过程分析表中数据，得出的结论是　        　；

（3）为了验证猜想二，还需增加的实验器材：　          　．

【答案】（1）数据如下表格。

（2）在接触面的粗糙程度相同时，接触面上的压力越大时，滑动摩擦力越大；

（3）两块接触面粗糙程度不同的长木板．

【解析】（1）实验中研究的是木块受到的滑动摩擦力的大小，弹簧测力计测量的是木块受到的拉力，当木块做匀速直线运动时拉力和滑动摩擦力是一对平衡力，由此可得：三次的滑动摩擦力分别为：1.8N、3.3N、4.8N；

（2）结合实验过程分析表中数据，得出的结论是：在接触面的粗糙程度相同时，接触面上的压力越大时，滑动摩擦力越大；

（3）要验证滑动摩擦力的大小与接触面的粗糙程度有关，需要保持压力大小一定，改变接触面的粗糙程度；由此可知需要添加的器材为：两块接触面粗糙程度不同的长木板．