专题19实验探究影响滑动摩擦力的因素（原卷版）

专题19实验：探究影响滑动摩擦力的因素考点考点透视探究影响滑动摩擦力的因素实验是初中物理中一个重要的实验，也是各省市每年中考中高频考点。通过实验，可以对摩擦力的理解更加充分，对突破摩擦力这个难点有着重要重作用。中考常常考查实验方案设计、数据分析和处理、实验结论、实验改进、滑动摩擦力大小的计算等知识点，题型多以实验为主。迷津点拨与点迷津点拨与点对点讲练1、实验装置图:2、实验原理：二力平衡。3、实验方法:（1）控制变量法：=1\*GB3①研究滑动摩擦力的大小与压力的关系时，控制接触面的粗糙程度不变，改变压力的大小（如甲、乙两次实验）；=2\*GB3②研究滑动摩擦力的大小与接触面的粗糙程度的关系时，控制压力的大小不变，改变接触面的粗糙程度（如甲、丙两次实验）。（2）转换法：通过弹簧测力计示数的大小来反映滑动摩擦力的大小。4、实验注意事项：实验中要缓慢匀速拉动木块，因为只有匀速拉动时，弹簧测力计的示数才等于滑动摩擦力的大小。5、实验结论：滑动摩擦力的大小与接触面的压力大小和接触面的粗糙程度有关。当接触面的粗糙程度不变时，接触面上的压力越大，滑动摩擦力就越大；当接触面上的压力不变时，接触面越粗糙，滑动摩擦力就越大。6、交流与反思：（1）实验中，实验中，很难保持物体做匀速直线运动，可以将装置做如下改进：如图，将弹簧测力计固定，拉动物体下面的长木板，这样不需要匀速拉动长木板，便于准确地读出弹簧测力计的示数，更为准确地测出摩擦力的大小。（2）将长方体木块平放、侧放或立放可以研究滑动摩擦力的大小与接触面积大小的关系，得出的结论是：滑动摩擦力的大小与接触面积大小无关。在甲图实验的基础上，将木块沿竖直方向切下一半，不能探究滑动摩擦力大小于接触面面积的关系，因为切去一半，接触面积减小一半，同时压力也减小一半，即没有控制压力不变。（3）改变拉动测力计的速度大小，可以探究滑动摩擦力的大小与运动速度的关系，得出的结论是：滑动摩擦力的大小与运动速度大小无关。（4）另外，实验还会考查表格的设计、根据数据画图、对物体进行受力分析、摩擦力大小的变化等内容。一、验证猜想类：例题1（2021湖北天门）某实验小组为了探究滑动摩擦力的大小与什么因素有关，进行了如下猜想：A．可能与压力的大小有关；B．可能与接触面的粗糙程度有关；C．可能与接触面积有关。他们设计了如下实验：（长方体木块每个面的粗糙程度相同）（1）如图甲，小芳同学用弹簧测力计斜向上拉动长方体木块，使木块在水平木板上做匀速直线运动，读出弹簧测力计的示数，即为滑动摩擦力的大小。小明认为她的操作有误，此时的拉力与滑动摩擦力______（选填“是”或“不是”）一对平衡力，因为这两个力不在______上。（2）小芳纠正错误后，重新实验，记录如下表实验次数1～3：实验次数木块放置方法接触面压力情况弹簧测力计示数F/N1平放木块与木板木块2.02平放木块与毛巾木块+1个钩码2.83平放木块与木板木块+1个钩码______4侧放①②2.0①为了探究猜想A，应选择实验次数______（填序号）；②表格中第3次实验弹簧测力计的示数为______N（如图乙）；③由2与3两次实验可知：______。（3）小明探究猜想C，设计并完成了第4次实验，分析表中的记录得出滑动摩擦力的大小与接触面积无关，表中第4次实验①②两处的信息忘记填写，请你帮他完成______、______。【答案】（1）不是同一条直线（2）1、32.4滑动摩擦力的大小与接触面的粗糙程度有关（3）木块与木板木块。【解析】（1）由图甲知，木块与木板之间存在摩擦力，而拉力的方向是斜向右上方，虽然木块做匀速直线运动，但拉力和摩擦力不在一条直线上，所以一定不是一对平衡力。（2）①探究滑动摩擦力大小与压力的大小的关系，保持接触面的粗糙程度不变，压力大小不同，所以选择1、3两次。②由图乙可知，弹簧测力计的分度值是0.2N，弹簧测力计的示数是2.4N。③由2和3两次实验可知，保持压力相同、接触面粗糙程度不同，弹簧测力计的示数不同，摩擦力的大小不同，可以得到滑动摩擦力的大小与接触面的粗糙程度有关。（3）探究滑动摩擦力的大小与接触面积的关系，需要保持压力和接触面的粗糙程度相同，接触面积大小不同，比较1、4两次实验，①处为木块与木板，②处为木块。【点拨】猜想的因素不一定和滑动摩擦力的大小有关，但是也是允许的，通过实验可以采用控制变量法来验证。通过大量实验表明：摩擦力的大小只与接触面的粗糙程度和压力大小有关，与接触面积大小、滑动的速度大小等因素无关。对点练：（2020四川遂宁）在探究“滑动摩擦力的大小与哪些因素有关”的实验话动中，同学们提出了以下情想：A．滑动摩擦力的大小可能与物体间接触面积大小有关B．滑动摩擦力的大小可能与接触面的粗糙程度有关C．滑动摩擦力的大小可能与压力大小有关他们选择的器材有长方体木块，弹簧测力计，两个相同砝码、木板、毛巾等，实验中用弹簧测力计水平拉着木块在水平面做______运动，使摩擦力大小与弹簧测力计示数相等，收集的实验数据如下：①分析表中______组实验数据，可以验证猜想B。②分析2、3、4或8、9、10组实验数据，可得到的结论是：在压力和接触面粗糙程度相同时，滑动摩擦力大小与接触面积大小______（选填“有关”或“无关”）。③综合分析表中数据可得出：滑动摩擦力大小只与______有关二、实验改进类：例题2（2021贵州）瑞瑞同学用下图实验装置“探究影响滑动摩擦力大小的因素”，请你与他合作，回答下列问题：（1）缓慢拉动木板B，直到物块A与木板B之间发生相对滑动，观察某时刻弹簧测力计示数（如图）为______N；（2）若保持A、B间接触面粗糙程度、接触面积大小不变，在A上增加钩码，重复（1）操作，弹簧测力计示数变大，说明滑动摩擦力大小与______有关；（3）若保持______不变，在B上分别铺棉布、毛巾，重复（1）操作，弹簧测力计示数发生变化，说明滑动摩擦力大小与接触面粗糙程度有关；（4）若保持A、B间压力大小、接触面粗糙程度不变，改变A、B间的接触面积大小，重复（1）操作，弹簧测力计示数不变，说明滑动摩擦力大小与______无关。【答案】（1）3.4（2）压力大小（3）压力大小和接触面积大小（4）接触面积大小【解析】（1）由图可知，弹簧测力计的分度值为0.2N，示数为3.4N。（2）保持A、B间接触面粗糙程度、接触面积大小不变，在A上增加钩码，即增大力压力，弹簧测力计示数变大，则摩擦力增大，说明滑动摩擦力大小与压力大小有关。（3）探究滑动摩擦力大小与接触面粗糙程度的关系，应保持A、B间压力、接触面积大小不变，改变接触面的粗糙程度。（4）保持A、B间压力大小、接触面粗糙程度不变，改变A、B间的接触面积大小，弹簧测力计示数不变，即摩擦力大小不变，说明滑动摩擦力大小与接触面积大小无关。【点拨】该实验采用的装置的优点是：拉动B运动时，不需要做匀速直线运动，实验操作更方便，侧出的摩擦力更准确。对点练：（2021黑龙江齐齐哈尔）为了探究滑动摩擦力大小与什么因素有关，小夏设计了如图1所示实验（实验所用棉布比木板表面粗糙）。

（1）实验过程中，弹簧测力计应沿水平方向拉着物块做______运动，根据______知识，可知滑动摩擦力的大小等于弹簧测力计的示数；（2）在这四次实验中，滑动摩擦力最小的是______（选填“甲”、“乙”、“丙”或“丁”）；（3）比较甲、乙两次实验，是为了探究滑动摩擦力大小与______是否有关；比较乙、丙两次实验，是为了探究滑动摩擦力大小与______是否有关；（4）比较甲、丁两次实验，发现甲实验中弹簧测力计的示数大于丁实验中弹簧测力计的示数，小夏由此得出结论：滑动摩擦力大小与接触面积的大小有关。你认为他的结论是______的（选填“正确”或“错误”），理由是______；（5）小夏对实验装置进行改进后，如图2所示，当他再进行实验时，发现效果更好。请你说出改进后的优点是______（写出一条即可）。三、实验拓展类：例题3（2021江苏常州）常州某小学大门口，设有护学岗标志牌及其固定装置：铁杆左端固定在墙上、右端固定有铁夹，铁夹夹着重4N的护学岗标志牌，铁夹张开幅度越大，夹得越紧。放学时，值班教师用13N的力可将标志牌竖直向上匀速拔出，此过程中，标志牌杆受到铁夹的摩擦力方向______、大小为______N。雨天，标志牌杆拔出铁夹过程中受到铁夹的摩擦力会发生怎样的变化？同学们展开合理猜想：

猜想1：考虑到“雨天木质标志牌杆受潮膨胀”，导致标志牌杆拔出铁夹过程中，受到铁夹的摩擦力变大，理由是______；猜想2：考虑到“雨天木质标志牌杆表面湿润”，导致标志牌杆拔出铁夹过程中，受到铁夹的摩擦力变小，理由是______；同学们讨论后，认为猜想1、猜想2都合理，为确定哪一种猜想起主导作用，同学们先采用原始方案，测量时发现超出测力计的量程，于是设计出改进方案1、改进方案2，如图所示，每个滑轮重均为0.3N，不计绳重及滑轮处摩擦；应采用改进方案______进行探究，实验时，匀速拔出过程中，测力计示数为4.4N，拔出后静止时，测力计示数为1.6N。淋湿、吸水后标志牌重为______N。雨天，标志牌杆拔出铁夹过程中受到铁夹的摩擦力为______N，猜想______起主导作用。【答案】竖直向下9见解析见解析24.58.42【解析】用13N的力可将标志牌竖直向上匀速拔出，标志牌杆受到拉力、重力和摩擦力是平衡力，摩擦力的竖直向下，大小为f=FG1=13N4N=9N；雨天木质标志牌杆受潮膨胀，铁夹和标志牌杆之间的压力增大，摩擦力增大。雨天木质标志牌杆表面湿润，铁夹和标志牌杆之间接触面粗糙程度减小，摩擦力变小。超出测力计的量程，说明铁夹和标志牌杆之间摩擦力较大，如果采用改进方案一，滑轮组都是定滑轮不能省力，不能使用测力计，采用改进方案二，滑轮组的动滑轮绕3段绳，可以省力。拔出后静止时，测力计示数为1.6N。淋湿、吸水后标志牌重为G=3×1.6N0.3N=4.5N雨天，标志牌杆拔出铁夹过程中受到铁夹的摩擦力为f雨=3F雨GG动=8.4N，因为f雨＜f，所以雨天木质标志牌杆表面湿润导致标志牌杆拔出铁夹过程中，受到铁夹的摩擦力变小。所以猜想二起主导作用。【点拨】对于拓展类实验，要根据拓展的实验装置、实验原理要认识清楚，只有这样，才能完成这类题目。对点练：（2021四川内江）如图甲所示，是课外兴趣小组的同学们在探究“滑动摩擦力的大小与压力大小有什么关系”的实验装置图。跨过光滑定滑轮的细线两端分别与木块和弹簧测力计相连，滑轮和木块间的细线保持水平，在木块上方放置砝码。缓慢向左拉动水平放置的木板，当木块和砝码相对桌面静止且木板仍在继续滑动时，弹簧测力计的示数即等于木块受到的滑动摩擦力的大小。则：

（1）定滑轮的作用是改变力的方向，但不能改变力的___________；（2）弹簧测力计的示数等于木块受到的滑动摩擦力大小的依据是：木块在水平方向上受到的力是一对___________（选填“平衡力”或“非平衡力”）：（3）如图乙，是在某次实验中弹簧测力计的读数示意图，由此可知，木块与木板间的滑动摩擦力的大小是___________N；

（4）多次改变砝码的质量，探究得出：接触面粗糙程度相同时，压力越大，木块与木板间的滑动摩擦力___________（选填“越大”、“越小”或“不变”）。点对点提高训练1、（2021青海西宁）在探究“滑动摩擦力大小与哪些因素有关”的实验中，实验小组的同学用如图所示的装置和器材进行实验。（1）实验中应该用弹簧测力计水平______（填“匀速”或“加速”）直线拉动木块在长木板上运动。根据______知识可知，此时木块所受滑动摩擦力大小等于弹簧测力计的示数；（2）比较______两次实验可知，滑动摩擦力的大小跟接触面的粗糙程度有关；比较甲丙两次实验可知，滑动摩擦力的大小还跟______有关；（3）同学们猜想：滑动摩擦力的大小还与接触面的面积有关。他们在图甲的基础上，将木块沿竖直方向切成两部分继续进行实验，将测得的数据记录在如下的表格中，分析数据验证自己的猜想。这种做法是______（填“正确”或“错误”）的，理由是______；次数木块大小接触面积接触面摩擦力1整块90木板1.22三分之二块60木板0.83三分之一块30木板0.42、（2021江苏镇江）小华使用图甲装置来探究影响滑动摩擦力大小的因素。

（1）实验中，应沿_________方向拉动弹簧测力计，使木块在水平木板上作__________运动。（2）某次正确实验中，弹簧测力计的指针位置如图乙所示，木块受到的滑动摩擦力大小为___________N，方向为___________。（3）小华利用图丙中场景①和②来探究滑动摩擦力与压力的关系。请指出她在实验中明显的不当之处：___________。（4）在某次实验中，小华拉动木块在木板上运动，木块运动的路程一时间图像如图丁所示。用和分别表示0～t1和t1～t2时间内簧测力计的示数，则可判断F1______（填“>”“=”或“<”）F2。3、（2021辽宁）在探究“滑动摩擦力大小与哪些因素有关”的实验中，找来质量相同但表面粗糙程度不同的木块1、2和砝码若干。木块压力F/N24681摩擦力f1/N0.511.522摩擦力f2/N0.20.40.8（1）将木块1和2分别放到水平放置的长木板上，用弹簧测力计沿______方向匀速直线拉动木块。利用砝码改变木块对木板的压力重复上面的操作，将实验数据记录在表格中。由数据可得：当接触面粗糙程度一定时，滑动摩擦力与压力成______比。表格空白处数据应为______N，通过分析表格中的数据可以得出：对于粗糙程度不同的接触面，滑动摩擦力与压力的比值______（填“不同”或“相同”）。（2）将木块1沿图中虚线切为两部分，将a部分放在b上，所测得的滑动摩擦力与没有切时相比将______（填“不变”“变大”或“变小”）。（3）分别以速度v1和v2（v1>v2）在同一表面匀速直线拉动木块2，通过相同的路程两次拉力所做功的关系为W1______W2（填“<”“>”或“=”）。4、（2021甘肃兰州）在学习了滑动摩擦力的知识后，小美想知道新买的运动鞋在橡胶垫上的滑动摩擦力大小，她准备了一张平整的橡胶垫、一个弹簧测力计和一根细线。

（1）为了能准确测量滑动摩擦力的大小，根据___________知识可知，小美应该让运动鞋沿水平方向做___________运动；（2）如图甲所示，小美将运动鞋放在水平橡胶垫上，按正确的方法拉动，此时测出运动鞋受到的滑动摩擦力大小为___________N；（3）若在实际拉动过程中运动鞋没有做匀速直线运动，则运动鞋所受滑动摩擦力的大小_________（选填“改变”或“不变”）；（4）在老师的指导下，小美对甲图实验方案进行了改进，如图乙所示，她固定弹簧测力计，拉动鞋下的橡胶垫进行实验，这样做的好处是___________。5、（2021黑龙江绥化）某同学利用如图所示装置探究“研究影响滑动摩擦力大小的因素”实验，他利用细线、长木板、两个完全相同的木块A、B和一个弹簧测力计，在水平台上进行实验。（1）实验中用弹簧测力计水平拉动木块，使它沿长木板做_________运动，根据_________知识，可知弹簧测力计对木块的拉力与木块受到的滑动摩擦力大小相等。当停止拉动木块后，木块由于__________会继续运动。（2）比较甲、乙两图，得出的结论是：当接触面的粗糙程度相同时，_____________越大，滑动摩擦力越大。（3）比较乙、丙两图，得出的结论是：滑动摩擦力大小与接触面积大小____________。（选填“有关”或“无关”）（4）在利用甲图装置进行实验时，拉动木块由静止到匀速直线运动过程中，弹簧测力计对木块的拉力F随时间t的变化图像如图丁所示。0～3s木块处于静止状态，3s后木块开始运动，分析图像可知，当木块所受拉力为0.4N时，木块处于____________状态。6、（2021四川自贡）如图所示，在“探究滑动摩擦力大小与什么因素有关的实验”中：（1）实验过程中，用弹簧测力计沿水平方向拉着物块A做匀速直线运动，此时滑动摩擦力大小______（选填“大于”“等于”或“小于”）弹簧测力计示数。在利用图甲装置进行实验时，运动过程中木块A的速度突然变大，则木块A受到的滑动摩擦力将______；（选填“变大”“不变”或“变小”）（2）在甲、乙、丙所示图中，分别用F1=1N，F2=2N，F3=1.5N的拉力，拉着物块A匀速前进，为研究滑动摩擦力大小与接触面粗糙程度的关系，应该比较______两次实验；（3）大量实验进一步证明：在接触面粗糙程度相同时，滑动摩擦力大小与压力大小成正比，在丙图中物块A上叠放一块与A相同的物块B，用弹簧测力计拉着物块A，使物块B随A一起做匀速直线运动（如丁图所示），此时弹簧测力计示数为，则F4=______N；此运动过程中，物块B受到的摩擦力为______N。7、（2021四川眉山）在探究“影响滑动摩擦力大小因素”的实验中，器材有：木板、铁块、木块和弹簧测力计。（1）物理兴趣小组的同学进行了如下操作：a.如图甲所示，将铁块平放在木板表面上，用弹簧测力计沿水平方向匀速拉动铁块，弹簧测力计的示数为F1=1.2N；b.如图乙所示，将木块叠放在铁块正上方，用弹簧测力计沿水平方向匀速拉动铁块，弹簧测力计的示数为F2=1.6N6；