中考物理二轮复习题型专项复习专题05 摩擦力的影响因素实验（含解析）

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实验原理：
二力平衡的条件：作用在同一个物体上的两个力，如果大小相等，方向相反，并且在同一直线上，这两个力就平衡。
在平衡力的作用下，静止的物体保持静止状态，运动的物体保持匀速直线运动状态。
两个相互接触的物体，当它们做相对运动时或有相对运动的趋势时，在接触面上会产生一种阻碍相对运动的力，这种力就叫摩擦力。
弹簧侧力计拉着木块在水平面上做匀速直线运动时，拉力的大小就等于摩擦力的大小拉力的数值可从弹簧测力计上读出，这样就测出了木块与水平面之间的摩擦力。
实验步骤：
用弹簧测力计匀速拉动木块，使它沿长木板滑动，从而测出木块与长木板之间的摩擦力；改变放在木块上的祛码，从而改变木块与长木板之间的压力;把棉布铺在长木板上，从而改变接触面的粗糙程度；改变木块与长木板的接触面，从而改变接触面积。
【专题突破】
1．在探究滑动摩擦力大小与哪些因素有关的实验中，选择如下器材：长木板和表面固定有棉布的长木板、长方形木块（各表面粗糙程度相同）、砝码、弹簧测力计等。
（1）实验中用弹簧测力计沿水平方向拉动放置在长木板上的物块，使其做 匀速直线 运动，此时弹簧测力计示数等于木块所受滑动摩擦力的大小；
（2）如图为完成本实验的操作方案，得到的实验数据记录如表：
比较甲、丙两次实验可知，在接触面粗糙程度相同的情况下，压力越小，滑动摩擦力越 小 ；
（3）拔河比赛时队员要穿鞋底带有花纹的运动鞋，这是应用了 甲、丁 两次实验得出的结论。
【解答】解：（1）实验中用弹簧测力计沿水平方向拉动放置在长木板上的物块，使其做匀速直线运动，此时物块在水平方向上受到平衡力的作用，弹簧测力计示数等于木块所受滑动摩擦力的大小；
（2）比较甲、丙两次实验可知，在接触面粗糙程度相同的情况下，甲中压力小，滑动摩擦力小，故在接触面粗糙程度相同的情况下，压力越小，滑动摩擦力越小；
（3）甲、丁两次实验中，压力相同，丁中接触面更粗糙，物体受到的摩擦力也较大。拔河比赛时队员要穿鞋底带有花纹的运动鞋，是在压力一定时，通过增大接触面粗糙程度增大摩擦，这是应用了甲、丁两次实验得出的结论。
故答案为：（1）匀速直线；（2）小；（3）甲、丁。
2．在探究“滑动摩擦力的大小与哪些因素有关”的实验时，同学们猜想滑动摩擦力大小与接触面受到的压力大小和接触面的粗糙程度有关。
（1）如图甲所示，用弹簧测力计拉着木块在木板上运动，弹簧测力计的示数是 1.6 N。
（2）若使滑动摩擦力的大小与弹簧测力计的示数相等，下列条件和操作不需要的是 A 。
A.木板表面是光滑的
B.木板表面是水平的
C.保持与木块相连的细线水平
D.木块做匀速直线运动
（3）请设计出探究“滑动摩擦力的大小与接触面粗糙程度的关系”的记录实验数据的表格，表中要有必要的信息。
（4）甲小组同学通过探究得出滑动摩擦力的大小与压力和接触面的粗糙程度有关的结论之后，继续研究滑动摩擦力的大小与压力的大小的关系，他们借助图象法得出结论，实验数据描点如图乙所示。从图象中得出的结论是 在接触面粗糙程度相同时，滑动摩擦力的大小与压力的大小成正比 。
（5）乙小组同学想到汽车速度越快，越不容易停下来。因此想探究”滑动摩擦力大小与物体运动速度的关系”。由此，他们用定滑轮改造了实验装置，如题图（2）A所示，电动传送带做匀速运动，当木块相对地面静止时。（忽略滑轮的摩擦）。改变传送带速度，根据实验数据绘制的速度与时间（v﹣t）和拉力与时间（F﹣t）的关系图像，如题图（2）图C、D所示，分析图像可知，滑动摩擦力的大小与物体运动速度大小 无关 （选填“有关”或“无关”）。
【解答】解：（1）图中弹簧测力计的分度值为0.2N，示数为1.6N；
（2）要使拉力与摩擦力相等，需沿水平方向拉动木块做匀速直线运动，物体处于二力平衡状态，所以木板表面是水平的、保持与木块相连的细线水平、木块做匀速直线运动是必需的，但木板表面光滑时，就没有摩擦力了，所以A不需要，故A符合题意；
故选：A；
（3）只有沿水平方向拉着物体做匀速直线运动，物体在水平方向上受到平衡力的作用，拉力大小才等于摩擦力的大小；探究“滑动摩擦力的大小与接触面的粗糙程度是否有关，应控制压力大小和接触面积大小相同，只改变接触面的粗糙程度，并记下在同一个水平面上分别水平拉动三个木块做匀速直线运动时弹簧测力计的示数，即滑动摩擦力大小。如下表所示：
（4）分析数据和图象大体可以得出在接触面粗糙程度相同时，滑动摩擦力的大小与压力的大小成正比；
（5）根据图像可知，在速度不同时，摩擦力的大小是相同的，即滑动摩擦力的大小与物体运动速度大小无关，当速度发生变化时，压力和接触面粗糙程度不变，滑动摩擦力的大小不变。
故答案为：（1）1.6；（2）A；（3）如上表所示；（4）在接触面粗糙程度相同时，滑动摩擦力的大小与压力的大小成正比；（5）无关。
3．小明为了测量滑动摩擦力的大小，设计了如图所示的实验装置。实验中，小桶内装入适量的沙子，滑块恰好做匀速直线运动。（轻绳与滑轮的摩擦不计）
（1）为了测量滑块受到的滑动摩擦力，需要测量的物理量是 小桶和沙子的总质量m2 （选填“滑块的质量m1”或“小桶和沙子的总质量m2”）；滑块受到的滑动摩擦力为 m2g （用物理量符号表示）。
（2）当小桶落地后，滑块由于惯性还将继续向前运动一段距离，此时滑块受到的滑动摩擦力的大小将 不变 （选填“变大”“变小”或“不变”）。
（3）小明继续实验，他将毛巾铺在木板上，要使图中滑块仍能做匀速直线运动，下一步的操作 往小桶中增加沙子，使滑块做匀速直线运动 。
【解答】解：
（1）小桶内装入适量的沙子，滑块恰好做匀速直线运动。此时的拉力等于小桶和沙子的总生力。因此，为了测量滑块受到的滑动摩擦力，需要测量的物理量是：小桶和沙子的总质量m2；
根据二力平衡可知，滑块受到的滑动摩擦力等于小桶和沙子的总重力，则f1＝G＝m2g；
（2）由于压力不变，接触面的粗糙程度不变，小桶落地后，滑块继续向前运动时，滑块所受滑动摩擦力不变；
（3）把毛巾铺在木板上，接触面粗糙程度增大，摩擦力增大，应该往小桶中增加沙子，滑块才会做匀速直线运动。
故答案为：（1）小桶和沙子的总质量m2；m2g；（2）不变；（3）往小桶中增加沙子，使滑块做匀速直线运动。
4．某实验小组用如图所示的装置探究影响滑动摩擦力大小的因素，木块挂在测力计下，右侧面与竖直传送带接触，左侧面有可旋转的螺杆对其施加不同的压力。启动电机，传送带逆时针转动，通过测力计的读数即可计算出木块所受的摩擦力。部分实验数据如表：
（1）比较第1、2、3次实验的数据可知，滑动摩擦力大小与 压力大小 有关。
（2）第4次实验中，木块受到的滑动摩擦力大小是 0.10 N。
【解答】解：（1）比较1、2、3次实验的数据可知，木块的重力相同，螺杆旋转的圈数不同，即木块对传送带的压力不同，木块受到的摩擦力不同，所以滑动摩擦力大小与压力大小有关；
（2）对木块进行受力分析可知，在竖直方向上，木块受到竖直向下的重力、竖直向下的摩擦力和竖直向上的弹簧测力计的拉力，且在这三个力的作用下保持静止，所以第4次实验中，木块受到的滑动摩擦力大小是：f＝F拉﹣G＝1.30N﹣1.20N＝0.10N。
故答案为：（1）压力大小；（2）0.10。
5．晓伟手边有两块质量和表面粗糙程度不同的长方体M1和M2．他利用长方体M1和M2和其它一些器材，探究“滑动摩擦力大小与接触面粗糙程度是否有关”。晓伟的主要实验步骤如下：
①按照图甲所示组装实验器材，用力F拉着木板A水平向左运动，读取弹簧测力计示数F1，并记录在表格中。
②如图乙所示将长方体M1与M2互换位置，用力F拉着木板A水平向左运动，读
取弹簧测力计示数F2，并记录在表格中。
请根据以上叙述，回答下列问题：
（1）晓伟实验过程中存在的问题： 没有控制压力大小相同 ；
（2）请你针对晓伟实验过程中存在的问题，写出改进措施： 将砝码放在M1的上面 。
【解答】解：用力F拉着木板A水平向左运动（不需要做匀速直线运动），此时“M1和M2和砝码”相续于地面处于静止状态，在水平方向上受到的绳子的拉力与A对M2施加的摩擦力为平衡力，故测力计示数大小即为受到的摩擦力大小；
（1）物体对支持面的压力大小等于物体的重力大小，研究滑动摩擦力大小与接触面粗糙程度是否有关，应控制压力大小相同，甲、乙两图中压力大小不同；
（2）为控制压力大小相同，要将砝码放在M1的上面。
故答案为：（1）有控制压力大小相同；（2）将砝码放在M1的上面。
6．小华同学在“探究滑动摩擦力大小与压力大小的关系”实验中，他把物体用垂直于竖直墙壁的力F压压紧在墙壁上，同时用竖直向上的力F匀速拉动物体向上运动，如图甲，在保持其他条件不变的情况下，通过改变F压来改变物体与墙壁之间压力的大小。经过多次实验测量F压、F，记录了如表实验数据。
（1）实验中，拉力F 大于 （选填“大于”“小于”或“等于”）物体所受到的滑动摩擦力f。
（2）已知“当接触面的粗糙程度一定时，滑动摩擦力跟压力的大小成正比”，根据表中测量数据可以得出，滑动摩擦力与压力大小之间的关系是f＝ 0.3 F压。
（3）物体重力大小为 1 N。
（4）撤去竖直向上的拉力F，如图乙所示，物体在F压的作用下处于静止状态，受到的摩擦力为f1，若适当减小F压，使物体刚好匀速下滑，受到的摩擦力为f2，则f1 ＝ f2（选填“＞”“＝”或“＜”）。
【解答】解：
（1）在竖直墙面山上用弹簧测力计沿直线匀速拉动木块，所以拉力和摩擦力、重力是平衡力，则F＝G+f，所以F大于f；
（2）由表中数据可知，压力增大，摩擦力增大，且压力每增大2N，摩擦力增大0.6N，可知0.3为定值，则f＝0.3F压；
（3）将表格中第一组数据代入关系式F＝G+f，G＝F﹣f＝F﹣0.3F压＝6N﹣0.3×2N＝1N；
（4）当物体在竖直墙壁上静止不动，物体处于静止状态，受平衡力作用，即竖直向下的重力和竖直向上的摩擦力是一对平衡力，则摩擦力f1＝G；
当物体刚好沿墙壁匀速下滑，仍处于平衡状态，物体受到的摩擦力仍和重力相等，即物体受到的摩擦力不变，即f2＝G，所以f1＝f2。
故答案为：（1）大于；（2）0.3；（3）1；（4）＝。
7．一质量均匀分布、正反面相同的长方形木板，以中线MN为界，对比观察左右两部分，发现粗糙程度可能不一样，哪一侧更粗糙？同学们进行了研究。
（1）①小华将滑块放木板上，通过细线和固定的测力计相连，如图甲。水平向右拉动木板，待示数稳定时，记下滑块经过左、右两部分时测力计的示数F左和F右，若F左＞F右，则木板的 左 侧更粗糙，实验时 不需要 （选填“需要”或“不需要”）匀速拉动木板。
②小华左右手戴上同样的手套，木板水平对称地放在左右手上，现左手向左、右手向右，使两手距离快速增大，若木板向左运动，则木板 左 侧更粗糙。
（2）小明用图乙实验装置，进行如下操作：
A．将轻弹簧的一端分别固定在板上MN左右两侧的P、Q点，另一端分别与同一滑块接触。
B．移动滑块使弹簧压缩相同的长度，由静止释放滑块，使滑块越过MN但不滑离木板。
C．分别测出滑块越过MN后滑行的距离x1和x2。
小明想根据x1和x2的大小关系判断木板的粗糙程度，小华提出疑义。
①为能根据x1和x2的大小关系作出正确判断，请指出小明实验中存在的问题是 不能确定滑块经过中线MN时的速度相同 。
②小明知道后将上面的步骤A改进为：将弹簧的一端固定在 中线MN 上，其他步骤不变就可以了。
（3）小红使滑块分别从左右两侧滑上木板，测出滑块运动的速度，作出滑块从两端分别运动至MN过程中的速度v和时间t的关系图线如图丙，则图线 b （选填“a”或“b”）所对应的接触面更粗糙，判断的依据是 b图线物块的速度变化快。 。
【解答】解：（1）①如图甲，水平向右拉动木板，待示数稳定时，记下滑块经过左、右两部分时测力计的示数F左和F右，若F左＞F右，则说明左侧摩擦力大，根据影响滑动摩擦力大小因素即木板的左侧更粗糙；
实验时，滑块相对于桌面是静止的，在水平方向上受到的测力计的拉力与受到的摩擦力为一对平衡力，不需要匀速拉动木板。
②小华左右手戴上同样的手套，木板水平对称地放在左右手上，现左手向左、右手向右，使两手距离快速增大，若木板向左运动，则说明左侧摩擦力大，影响滑动摩擦力大小两个因素，即木板左侧更粗糙。
（2）①根据小明的实验过程可知，若依据小明的实验，根据x1和x2的大小关系判断木板的粗糙程度并不科学，因为这一实验过程不能确定滑块经过中线MN时的速度相同，不符合控制变量法的要求。
②根据上述分析，对小明的实验可做出这样的改进：将弹簧的一端固定在中线MN上，另一端分别与同一滑块接触，移动滑块使弹簧压缩相同的长度，由静止释放滑块，使滑块不滑离木板，分别测出滑块滑行的距离x1和x2。
（3）由图象可知，在相同时间内，a的速度减小的慢，b的速度减小的快，说明b受到的摩擦阻力更大，则图线b所对应的接触面更粗糙。
故答案为：
（1）①左；不需要； ②左；
（2）①不能确定滑块经过中线MN时的速度相同；
②中线MN上；
③b； b图线物块的速度变化快。
8．在学过摩擦力知识后，小明想探究：摩擦力大小是否与压力、重力都有关系？他利用如图所示的装置进行探究实验。
实验步骤如下：
①把金属盒放在质量不计的白纸上，读出台式测力计示数；拉动白纸的过程中，读出弹簧测力计的示数。
②将质量不计的氢气球系在金属盒上，读出台式测力计示数；拉动白纸的过程中，读出弹簧测力计的示数。
③再往金属盒注入适量的沙子，使台式测力计示数与步骤①中的示数相等，拉动白纸的过程中，读出弹簧测力计的示数。
实验相关数据如下表：
（1）此实验是根据 二力平衡 原理测出摩擦力大小的，实验过程中金属盒受到的摩擦力的方向是 水平向左 。
（2）与直接用弹簧测力计拉动金属盒测量摩擦力相比，拉动白纸进行实验具有容易操作的优点，具体体现在： 弹簧测力计示数稳定，便于读数 （写出一条即可）
（3）请你补齐上表中空格处的数据，其值为 4.8 N。
（4）实验中是通过 向金属盒内添加沙子 改变金属盒总重力的。
（5）比较实验步骤 ①、③ （填序号）的数据，说明摩擦力大小与重力无关。
【解答】解：
（1）利用二力平衡可知，当水平匀速拉动白纸时，摩擦力等于弹簧测力计的拉力大小；实验过程中金属盒相对于白纸是向右运动的，所以金属盒受到的摩擦力的方向是水平向左的；
（2）与直接用弹簧测力计拉动金属盒测量摩擦力相比，拉动白纸进行实验具有容易操作的优点，具体体现在弹簧测力计示数稳定，便于读数；
（3）第二次实验中，氢气球系在金属盒上，保持了总重力不变，而改变了压力大小，来探究摩擦力与压力大小的关系。所以第2次实验，金属盒的总重力仍为4.8N；
（4）实验中是通过向金属盒内添加沙子来改变总重力的；
（5）探究摩擦力与重力的关系时，应保持压力不变，改变总重力，根据此要求，只有①、③能满足。
故答案为：（1）二力平衡；水平向左；（2）弹簧测力计示数稳定，便于读数；（3）4.8；（4）向金属盒内添加沙子；（5）①、③。
9．某物理小组在一次探究活动中测量滑块与木板之间的滑动摩擦力。实验装置如图甲所示，一表面粗糙的木板固定在水平桌面上，木板上的滑块通过轻绳绕过定滑轮（不计绳与滑轮间的摩擦），绳的另一端悬挂托盘。实验时，在托盘中放入适量的砝码，使滑块做匀速直线运动。回答下列问题：
（1）为了测量滑块的滑动摩擦力，需要测量的物理量是 ④ 。（填选项前的编号）
①木板的质量m1，②滑块的质量m2，③砝码的质量m3，④托盘和砝码的总质量m4。
（2）滑块的滑动摩擦力表达式为f＝ m4g 。（用已知或测量的物理量符号表示）
（3）该实验的理论依据是： 二力平衡 。
（4）该实验存在一些不足之处，请你写出其中的一点： 难以控制滑块恰好做匀速直线运动 。
（5）为了避免该实验的不足，小刚改为向左水平拉动木板，同时把砝码和托盘换为弹簧测力计且固定（如图乙所示），来测滑块的滑动摩擦力，滑块受到的滑动摩擦力的方向是 水平向左 ，用这种方法测出的摩擦力将比真实值 偏小 （选填“偏大”“偏小”或“偏大或偏小都有可能”）
（6）小刚在改正了乙图装置的情况下，正确的测出了滑动摩擦力的值，并改变放在滑块上的砝码，通过多次实验得到摩擦力F摩与作用在木板表面的压力F压的关系图象如丙图所示；把木板换成铁板，再改变放在滑块上的砝码，重复以上实验得到了得到摩擦力F摩与作用在铁板表面的压力F压的关系图象如丁图所示。由图丙、丁可知：木板的粗糙程度比铁板 小 （选填“大”“小”或“无法确定”），当滑块与砝码的总重力为6N时，木块在长木板上滑动时受到的摩擦力为 2 N。
【解答】解：
（1）实验中没有使用弹簧测力计，所以摩擦力的大小只能通过托盘和砝码对绳子的拉力体现，拉力等于托盘和砝码的总重力，因此需要测量④托盘和砝码的总质量m；
（2）滑块所受摩擦力的大小等于托盘和砝码的总重力，即f＝G＝m4g；
（3）实验的理论依据就是滑块做匀速直线运动是受到的摩擦力和拉力是一对平衡力，它们的大小相等；
（4）实验中要求滑块做匀速直线运动，即托盘和砝码总重力的大小等于摩擦力，由于砝码的质量不是连续的，因此这一点很难做到；
（4）长木板向左运动，木块相对长木板向右运动，因此受到水平向左的摩擦力；由图乙可知，绳对滑块的拉力即滑动摩擦力的大小等于弹簧测力计的示数与弹簧测力计的重力之和f＝F+G弹，即F＝f﹣G弹，所以用这种方法测出的摩擦力将比真实值偏小；
（6）由丙图可知，当压力为6N时，木块在木板受到的摩擦力为2N，由丁图可知，当压力为6N时，木块在铁板上受到的摩擦力为3N，可知：木板的粗糙程度比铁板小；
由丙图可知，当滑块与砝码的总重力为6N时，木块在长木板上滑动时受到的摩擦力为2N。
故答案为：（1）④；（2）m4g；（3）二力平衡；（4）难以控制滑块恰好做匀速直线运动；（5）水平向左；偏小；（6）小；2。
实验情景
甲
乙
丙
丁
测力计示数/N
1.50
1.50
2.10
2.50
次数
压力
接触面积
接触面粗糙程度
测力计示数F/N
滑动摩擦力f/N
1
相同
相同
小
2
中
3
大
实验次数
木块重力
（N）
螺杆旋转的圈数（圈）
测力计示数（N）
1
0.60
1
0.70
2
0.60
2
0.82
3
0.60
3
0.95
4
1.20
4
1.30
实验次数
1
2
3
4
5
F压/N
2
4
6
8
10
F/N
1.6
2.2
2.8
3.4
4
实验序号
台式测力计示数F1/N
金属盒总重力G/N
弹簧测力计示数F2/N
①
4.8
4.8
1.8
②
3.2
4.8
1.2
③
4.8
6.4
1.8