探究滑動(dòng)摩擦力

侯中柱

在探究滑動(dòng)摩擦力實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)物體在水平面上處于平衡狀態(tài)（勻速直線運(yùn)動(dòng)）時(shí)，拉力等于摩擦力，可以間接測量出滑動(dòng)摩擦力的大小。這個(gè)實(shí)驗(yàn)的知識(shí)點(diǎn)可以總結(jié)歸納為“一、二、三”，即一個(gè)原理、兩種改進(jìn)方法、三條優(yōu)點(diǎn)。

一、實(shí)驗(yàn)知識(shí)點(diǎn)

1. 一個(gè)原理

測量滑動(dòng)摩擦力的原理：如圖1所示，將木塊置于水平長木板上，用彈簧測力計(jì)沿水平方向拉動(dòng)木塊，使其做勻速直線運(yùn)動(dòng)，此時(shí)f = F。這個(gè)原理應(yīng)用了控制變量法和轉(zhuǎn)換法。

2. 兩種改進(jìn)方法

實(shí)驗(yàn)中很難控制木塊做勻速直線運(yùn)動(dòng)，可以設(shè)計(jì)兩種改進(jìn)方法。方法一：如圖2甲所示，將木塊放在水平長木板上，用彈簧測力計(jì)拉著木塊，同時(shí)彈簧測力計(jì)另一端系在墻上，只要拉動(dòng)木板（無論勻速直線運(yùn)動(dòng)還是變速直線運(yùn)動(dòng)），就可以讀出木塊所受摩擦力的大小;方法二：如圖2乙所示，在木塊上豎直固定一根帶拐角的輕質(zhì)桿，用細(xì)線將小球A懸掛在桿上O點(diǎn)，用彈簧測力計(jì)沿著水平方向拉動(dòng)木塊時(shí)，若觀察到細(xì)線保持豎直方向，則說明木塊做勻速直線運(yùn)動(dòng)。

3. 三條優(yōu)點(diǎn)

兩種改進(jìn)方法存在以下優(yōu)點(diǎn)：（1）在圖2甲中，不必使木板做勻速直線運(yùn)動(dòng)，操作簡單且方便;（2）圖2甲實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證了滑動(dòng)摩擦力的大小只由壓力大小和接觸面的粗糙程度決定，與物體相對(duì)于接觸面做勻速還是變速運(yùn)動(dòng)無關(guān);（3）在圖2乙中，將重力方向豎直向下應(yīng)用于測量摩擦力。

二、典例解析

例 學(xué)校物理興趣小組做探究“影響滑動(dòng)摩擦力大小的因素”實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)裝置如圖3所示。

（1）如圖3甲所示，小于同學(xué)用較小的力拉木塊A，木塊沒動(dòng)，此時(shí)摩擦力______________（選填“大于”“小于”或“等于”）拉力。然后，小于同學(xué)用F1的力拉動(dòng)木塊做勻速直線運(yùn)動(dòng)。

（2）小芳同學(xué)把兩個(gè)完全相同的木塊A和B疊放在一起，再用彈簧測力計(jì)拉著它們?cè)谒阶烂嫔蟿蛩傧蛴疫\(yùn)動(dòng)，如圖3乙所示。比較圖3乙與圖3甲，可以得出滑動(dòng)摩擦力的大小與___________有關(guān)。

（3）小王同學(xué)聯(lián)想到在演奏二胡、提琴等樂器時(shí)，在琴弓的弓弦上涂抹松香來增大摩擦，即通過增大接觸面粗糙程度可以增大滑動(dòng)摩擦力，請(qǐng)問如何通過圖3甲進(jìn)行驗(yàn)證？

（4）實(shí)驗(yàn)過程中，小金同學(xué)突發(fā)奇想，將兩個(gè)完全相同的木塊A和B固定在一起，再用彈簧測力計(jì)拉著它們?cè)谒阶烂嫔蟿蛩傧蛴疫\(yùn)動(dòng)，如圖3丙所示。比較圖3丙和圖3乙，發(fā)現(xiàn)它們的彈簧測力計(jì)示數(shù)__________，說明滑動(dòng)摩擦力的大小與受力面積的大小_________（選填“有關(guān)”或“無關(guān)”）。

（5）生活中不僅有滑動(dòng)摩擦力，還有靜摩擦力。如圖3丁所示，下列判斷正確的是? （ ）。

A.瓶子沒有掉下來是由于手對(duì)瓶子的握力作用

B.當(dāng)增大手對(duì)瓶子的握力時(shí)，手與瓶子間的摩擦力變大

C.當(dāng)向瓶子中裝入水時(shí)（瓶子保持靜止?fàn)顟B(tài)），手與瓶子間的摩擦力變大

解析：本題圍繞影響摩擦力大小的因素展開，探究了滑動(dòng)摩擦力大小與壓力和接觸面粗糙程度有關(guān)，與運(yùn)動(dòng)速度和接觸面積等無關(guān)，以及摩擦力在生活中的應(yīng)用。

（1）當(dāng)用較小的力拉木塊時(shí)，木塊沒動(dòng)，木塊處于平衡狀態(tài)，此時(shí)木塊受到靜摩擦力作用，其大小與拉力相同。

（2）將完全相同的木塊A和B疊放在一起，用彈簧測力計(jì)拉動(dòng)做勻速直線運(yùn)動(dòng)，比較圖3乙與圖3甲，發(fā)現(xiàn)F2. > F1，可以得出滑動(dòng)摩擦力的大小與壓力大小有關(guān)。

（3）要驗(yàn)證增大接觸面粗糙程度可以增大滑動(dòng)摩擦力的結(jié)論，可以在圖3甲的水平面上鋪上一層棉布，用彈簧測力計(jì)再次拉動(dòng)木塊A做勻速直線運(yùn)動(dòng)。

（4）當(dāng)將兩個(gè)完全相同的木塊A和B水平放在一起，比較圖3丙和圖3乙，滑動(dòng)摩擦力相同，因此滑動(dòng)摩擦力大小與受力面積大小無關(guān)。

（5）如圖3丁所示，瓶子沒有掉下來是因?yàn)槭謱?duì)瓶子的靜摩擦力，此時(shí)重力和靜摩擦力是一對(duì)平衡力，當(dāng)增大手對(duì)瓶子的握力時(shí)，靜摩擦力不變;當(dāng)向瓶子中裝入水時(shí)，瓶子重力變大，因此手與瓶子間的摩擦力變大。

答案：（1）等于 （2）壓力大小 （3）可以在圖3甲的水平面上鋪上一層棉布，用彈簧測力計(jì)再次拉動(dòng)木塊A做勻速直線運(yùn)動(dòng) ? （4）相等 無關(guān) （5）C