Question

12．一質(zhì)量均勻分布、正反面相同的長方形木板，以中線MN為界，對比觀察左右兩部分，發(fā)現(xiàn)粗糙程度可能不一樣，哪一側(cè)更粗糙？同學們進行了如下實驗探究．

（1）①小華將滑塊放木板上，通過細線和固定的測力計相連，如圖甲．在某次試驗中，水平向右拉動木板，待示數(shù)穩(wěn)定時，記下滑塊經(jīng)過左、右兩部分時測力計的示數(shù)F_左的示數(shù)如圖丁所示以及F_右，則F_左的大小為1.8N，若F_左＞F_右，則木板的左側(cè)更粗糙，實驗時不需要（選填“需要”或“不需要”）勻速拉動木板．
②小華左右手戴上同樣的手套，木板水平對稱地放在左右手上，現(xiàn)左手向左、右手向右，使兩手距離快速增大，若木板向左運動，則木板左側(cè)更粗糙．
（2）小明用圖乙實驗裝置，進行如下操作：
A．將輕彈簧的一端分別固定在板上MN左右兩側(cè)的P、Q點，另一端分別與同一滑塊接觸．
B．移動滑塊使彈簧壓縮相同的長度，由靜止釋放滑塊，使滑塊越過MN但不滑離木板．
C．分別測出滑塊越過MN后滑行的距離χ₁和χ₂．
小明想根據(jù)x₁和x₂的大小關系判斷木板的粗糙程度，小華提出疑義．
①為能根據(jù)χ₁和χ₂的大小關系作出正確判斷，請指出小明實驗中存在的問題是不能確定滑塊越過中線MN時速度相同．
②簡述改進方法：將彈簧的一端固定在中線MN上，另一端分別與同一滑塊接觸，移動滑塊使彈簧壓縮相同的長度，由靜止釋放滑塊，使滑塊不滑離木板．分別測出滑塊滑行的距離χ₁和χ₂．
（3）小紅使滑塊分別從左右兩側(cè)滑上木板，測出滑塊運動的速度，作出滑塊從兩端分別運動至MN過程中的速度v和時間t的關系圖線如圖丙，則圖線b（選填“a”或“b”）所對應的接觸面更粗糙，判斷的依據(jù)是b圖線物塊的速度變化快．

Answer 1

分析 （1）①根據(jù)測力計分度值讀數(shù)；按圖中的裝置拉動木板時，滑塊相對于桌面靜止，拉力與摩擦力的大小相同，拉力越大，說明摩擦力越大，物體表面越粗糙；
②根據(jù)實驗現(xiàn)象，木板向左運動，說明左側(cè)摩擦力大，則左側(cè)更粗糙；
（2）根據(jù)控制變量法，應控制滑塊越過中線時的速度相同，可據(jù)此對小明的實驗方案提出意見并改進；
（3）根據(jù)接觸面越粗糙，對滑塊的阻力越大，滑塊的速度減小會越快，相反，滑塊的速度減小會越慢，據(jù)此對照圖象可做出判斷．

解答 解：（1）①測力計分度值為0.1N，示數(shù)為1.8N；
如圖甲，水平向右拉動木板，待示數(shù)穩(wěn)定時，記下滑塊經(jīng)過左、右兩部分時測力計的示數(shù)F_左和F_右，若F_左＞F_右，則說明左側(cè)摩擦力大，即木板的左側(cè)更粗糙；
實驗時，滑塊相對于桌面是靜止的，因此受力平衡，不需要勻速拉動木板．
②小華左右手戴上同樣的手套，木板水平對稱地放在左右手上，現(xiàn)左手向左、右手向右，使兩手距離快速增大，若木板向左運動，則說明左側(cè)摩擦力大，即木板左側(cè)更粗糙．
（2）①根據(jù)小明的實驗過程可知，若依據(jù)小明的實驗，根據(jù)x₁和x₂的大小關系判斷木板的粗糙程度并不科學，因為這一實驗過程不能確定滑塊經(jīng)過中線MN時的速度相同，不符合控制變量法的要求．
②對小明的實驗可做出這樣的改進：將彈簧的一端固定在中線MN上，另一端分別與同一滑塊接觸，移動滑塊使彈簧壓縮相同的長度，由靜止釋放滑塊，使滑塊不滑離木板，分別測出滑塊滑行的距離x₁和x₂．
（3）由圖象可知，在相同時間內(nèi)，a的速度減小的慢，b的速度減小的快，說明b受到的摩擦阻力更大，則圖線b所對應的接觸面更粗糙．
故答案為：
（1）①1.8；左；不需要；②左；
（2）①不能確定滑塊越過中線MN時速度相同；
②將彈簧的一端固定在中線MN上，另一端分別與同一滑塊接觸，移動滑塊使彈簧壓縮相同的長度，由靜止釋放滑塊，使滑塊不滑離木板．分別測出滑塊滑行的距離χ₁和χ₂
③b；b圖線物塊的速度變化快．

點評 在本題的探究實驗中，關鍵要抓住一點，即接觸面粗糙程度對摩擦力的影響．同時還要熟練運用控制變量法以及二力平衡條件等進行分析，能準確從圖象中讀取信息等．