探究滑动摩擦力

侯中柱

在探究滑动摩擦力实验中，当物体在水平面上处于平衡状态（匀速直线运动）时，拉力等于摩擦力，可以间接测量出滑动摩擦力的大小。这个实驗的知识点可以总结归纳为“一、二、三”，即一个原理、两种改进方法、三条优点。

一、实验知识点

1. 一个原理

测量滑动摩擦力的原理：如图1所示，将木块置于水平长木板上，用弹簧测力计沿水平方向拉动木块，使其做匀速直线运动，此时f = F。这个原理应用了控制变量法和转换法。

2. 两种改进方法

实验中很难控制木块做匀速直线运动，可以设计两种改进方法。方法一：如图2甲所示，将木块放在水平长木板上，用弹簧测力计拉着木块，同时弹簧测力计另一端系在墙上，只要拉动木板（无论匀速直线运动还是变速直线运动），就可以读出木块所受摩擦力的大小;方法二：如图2乙所示，在木块上竖直固定一根带拐角的轻质杆，用细线将小球A悬挂在杆上O点，用弹簧测力计沿着水平方向拉动木块时，若观察到细线保持竖直方向，则说明木块做匀速直线运动。

3. 三条优点

两种改进方法存在以下优点：（1）在图2甲中，不必使木板做匀速直线运动，操作简单且方便;（2）图2甲实验进一步验证了滑动摩擦力的大小只由压力大小和接触面的粗糙程度决定，与物体相对于接触面做匀速还是变速运动无关;（3）在图2乙中，将重力方向竖直向下应用于测量摩擦力。

二、典例解析

例 学校物理兴趣小组做探究“影响滑动摩擦力大小的因素”实验，实验装置如图3所示。

（1）如图3甲所示，小于同学用较小的力拉木块A，木块没动，此时摩擦力______________（选填“大于”“小于”或“等于”）拉力。然后，小于同学用F1的力拉动木块做匀速直线运动。

（2）小芳同学把两个完全相同的木块A和B叠放在一起，再用弹簧测力计拉着它们在水平桌面上匀速向右运动，如图3乙所示。比较图3乙与图3甲，可以得出滑动摩擦力的大小与___________有关。

（3）小王同学联想到在演奏二胡、提琴等乐器时，在琴弓的弓弦上涂抹松香来增大摩擦，即通过增大接触面粗糙程度可以增大滑动摩擦力，请问如何通过图3甲进行验证？

（4）实验过程中，小金同学突发奇想，将两个完全相同的木块A和B固定在一起，再用弹簧测力计拉着它们在水平桌面上匀速向右运动，如图3丙所示。比较图3丙和图3乙，发现它们的弹簧测力计示数__________，说明滑动摩擦力的大小与受力面积的大小_________（选填“有关”或“无关”）。

（5）生活中不仅有滑动摩擦力，还有静摩擦力。如图3丁所示，下列判断正确的是  （ ）。

A.瓶子没有掉下来是由于手对瓶子的握力作用

B.当增大手对瓶子的握力时，手与瓶子间的摩擦力变大

C.当向瓶子中装入水时（瓶子保持静止状态），手与瓶子间的摩擦力变大

解析：本题围绕影响摩擦力大小的因素展开，探究了滑动摩擦力大小与压力和接触面粗糙程度有关，与运动速度和接触面积等无关，以及摩擦力在生活中的应用。

（1）当用较小的力拉木块时，木块没动，木块处于平衡状态，此时木块受到静摩擦力作用，其大小与拉力相同。

（2）将完全相同的木块A和B叠放在一起，用弹簧测力计拉动做匀速直线运动，比较图3乙与图3甲，发现F2. > F1，可以得出滑动摩擦力的大小与压力大小有关。

（3）要验证增大接触面粗糙程度可以增大滑动摩擦力的结论，可以在图3甲的水平面上铺上一层棉布，用弹簧测力计再次拉动木块A做匀速直线运动。

（4）当将两个完全相同的木块A和B水平放在一起，比较图3丙和图3乙，滑动摩擦力相同，因此滑动摩擦力大小与受力面积大小无关。

（5）如图3丁所示，瓶子没有掉下来是因为手对瓶子的静摩擦力，此时重力和静摩擦力是一对平衡力，当增大手对瓶子的握力时，静摩擦力不变;当向瓶子中装入水时，瓶子重力变大，因此手与瓶子间的摩擦力变大。

答案：（1）等于 （2）压力大小 （3）可以在图3甲的水平面上铺上一层棉布，用弹簧测力计再次拉动木块A做匀速直线运动   （4）相等 无关 （5）C