20. (10分)在学习了滑动摩擦力知识后,小明和小华想用所学的知识进一步探究运动鞋的鞋底防滑效果,他们各自带来了洗干净的运动鞋,又准备了一张练习立定跳远用的橡胶垫,一个弹簧测力计和细线。
(1)为了能准确地测量滑动摩擦力的大小,小明认为应该让运动鞋沿水平方向做运动,此实验是根据原理测出滑动摩擦力大小的。
(2)小明将自己的运动鞋放在水平桌面的橡胶垫上,按正确的方法拉动,读出了弹簧测力计的示数(如图甲所示)为N。若实际拉动的过程中没有做到匀速直线运动,则鞋子受到的摩擦力是(选填“变化”或“不变”)的。

(3)小华经过思考改进了小明的实验,让弹簧测力计和鞋保持静止,拉动鞋下的橡胶垫进行测量(如图乙所示),这样做的好处是。
(4)小华测出他的鞋滑动摩擦力比小明的大,但他的鞋却不一定是“防滑冠军”,这是因为。

（1）匀速直线 二力平衡（2）2.8 不变（3）弹簧测力计示数稳定，便于读数（4）不同的鞋子的质量不同，对水平面的压力不同

【分析】
1. 第(1)问：要准确测量滑动摩擦力，需让拉力与滑动摩擦力成为平衡力。根据二力平衡原理，当物体沿水平方向做匀速直线运动时，水平方向的拉力和滑动摩擦力大小相等，因此应让运动鞋做匀速直线运动。
2. 第(2)问：先确定弹簧测力计的分度值，图中弹簧测力计每大格代表1N，每小格代表0.1N，指针指向2.8N，故示数为2.8N；滑动摩擦力仅与压力大小和接触面粗糙程度有关，只要这两个因素不变，即使运动状态不是匀速直线，摩擦力大小也不变。
3. 第(3)问：改进后弹簧测力计和鞋保持静止，鞋受到的摩擦力与测力计拉力始终是平衡力，拉动橡胶垫时无需保持匀速，弹簧测力计示数稳定，便于准确读数，操作也更简便。
4. 第(4)问：滑动摩擦力受压力和接触面粗糙程度两个因素影响，小华的鞋摩擦力大，可能是因为鞋的质量大，对水平面的压力更大，并非一定是鞋底防滑效果更好，因为没有控制压力相同。
【解析】
(1) 为测量滑动摩擦力大小，应让运动鞋沿水平方向做匀速直线运动，此时运动鞋水平方向受拉力和滑动摩擦力，二者是一对平衡力，根据二力平衡原理，拉力大小等于滑动摩擦力大小，从而测出滑动摩擦力。
(2) 由图甲可知，弹簧测力计分度值为0.1N，示数为$\boldsymbol{2.8N}$；滑动摩擦力的大小只与压力和接触面粗糙程度有关，这两个因素不变时，即使未做匀速直线运动，鞋子受到的摩擦力不变。
(3) 图乙中，弹簧测力计和鞋保持静止，鞋受到的滑动摩擦力与测力计拉力始终平衡，拉动橡胶垫时无需匀速，好处是：弹簧测力计示数稳定，便于读数（或不需要匀速拉动橡胶垫，操作更简便）。
(4) 滑动摩擦力与压力、接触面粗糙程度有关，小华的鞋滑动摩擦力大，可能是因为不同鞋子的质量不同，对水平面的压力不同（或没有控制压力大小相同），因此不能直接判定他的鞋是“防滑冠军”。
【答案】
(1) 匀速直线；二力平衡
(2) 2.8；不变
(3) 弹簧测力计示数稳定，便于读数（或不需要匀速拉动橡胶垫，操作更简便）
(4) 不同鞋子的质量不同，对水平面的压力不同（或没有控制压力大小相同）
【知识点】
滑动摩擦力的测量；二力平衡原理；影响滑动摩擦力的因素
【点评】
本题围绕滑动摩擦力的测量与影响因素展开，重点考查二力平衡原理的应用和控制变量法的理解，实验改进方案体现了减小实验误差、简化操作的思路，需将实验原理与影响因素结合分析。
【难度系数】
0.7

21. (12分)小明同学在做“探究阻力对物体运动的影响”实验时,利用如图甲所示的装置,先后在水平桌面上铺粗糙程度不同的物体(毛巾、棉布、木板),做了三次实验,然后将实验数据填入下面表格。请回答以下问题：
|表面状况|阻力大小|小车运动的距离s/m|
|毛巾|大|0.1|
|棉布|较大|0.18|
|木板|小|0.35|


(1)实验探究中,小车所受阻力的大小是通过显示的。
(2)在三次实验中,让小车在斜面上从静止滑下时,应保持同一,这样做的目的是。
(3)从上述实验数据中,可以得出的结论是：平面越光滑,小车运动的距离越,这说明小车受到的阻力越小,速度减小得越(选填“快”或“慢”)。
(4)推理：本实验中,如果小车在水平面上滑行时受到的阻力为0,它将(选填“静止”或“做匀速直线运动”)。
(5)在此基础上,牛顿总结了伽利略等人的研究成果概括出牛顿第一定律,牛顿第一定律(选填“能”或“不能”)直接由实验得出。
(6)通过上面的探究后,小明再思考如下的问题,如图乙所示,摆球从A点由静止释放摆到最低点B时,如果摆球所受的力忽然全部消失,则摆球将(选填“静止”“做匀速直线运动”或“继续沿原来圆弧运动”)。

（1）小车在水平面上移动的距离（2）位置 使小车运动到斜面底端时的速度相等（3）远 慢（4）做匀速直线运动（5）不能（6）做匀速直线运动

【分析】
1. 第(1)问：实验中阻力大小无法直接测量，采用转换法，通过小车在水平面上运动的距离来反映阻力大小，阻力越大，小车运动距离越短，反之则越长。
2. 第(2)问：探究阻力对运动的影响时，需控制小车到达水平面的初速度相同，所以要让小车从斜面同一位置（高度）静止滑下，这样能保证小车滑到斜面底端时速度相等，只改变阻力大小这一个变量。
3. 第(3)问：分析表格数据，毛巾粗糙阻力大，运动距离短；木板光滑阻力小，运动距离远。由此得出平面越光滑，小车运动距离越远，阻力越小，速度减小得越慢。
4. 第(4)问：根据实验结论推理，若小车不受阻力，速度就不会减小，将保持匀速直线运动状态。
5. 第(5)问：现实中不存在不受力的物体，牛顿第一定律是在实验基础上通过科学推理得出的，不能直接由实验验证。
6. 第(6)问：摆球到B点时处于运动状态，若所有力消失，根据牛顿第一定律，物体将保持原来的运动状态，即做匀速直线运动。
【解析】
(1) 实验中运用转换法，小车所受阻力越大，运动时速度减小得越快，在水平面上移动的距离越短，因此通过小车在水平面上移动的距离显示阻力大小。
(2) 为控制小车到达水平面时的初速度相同，需让小车在斜面上从静止滑下时保持同一位置（高度），这样做的目的是使小车运动到斜面底端时的速度相等，确保实验只有阻力大小这一个变量。
(3) 由表格数据可知，毛巾表面粗糙阻力大，小车运动距离0.1m；木板表面光滑阻力小，小车运动距离0.35m。所以平面越光滑，小车运动的距离越远，说明小车受到的阻力越小，速度减小得越慢。
(4) 基于实验结论推理，若小车在水平面上滑行时受到的阻力为0，小车的速度将不会减小，会一直做匀速直线运动。
(5) 牛顿第一定律是在实验的基础上，通过科学推理概括得出的，现实中无法创造物体不受力的实验条件，因此不能直接由实验得出。
(6) 摆球从A点摆到最低点B时，处于运动状态，若此时所受的力忽然全部消失，根据牛顿第一定律，摆球将保持此时的运动状态，做匀速直线运动。
【答案】
（1）小车在水平面上移动的距离
（2）位置（高度） 使小车运动到斜面底端时的速度相等
（3）远 慢
（4）做匀速直线运动
（5）不能
（6）做匀速直线运动
【知识点】
控制变量法、牛顿第一定律、转换法
【点评】
本题考查“探究阻力对物体运动的影响”实验，核心运用了控制变量法和转换法，通过实验现象推理得出牛顿第一定律，体现了实验与科学推理相结合的物理研究方法，帮助理解力不是维持物体运动的原因，而是改变物体运动状态的原因。
【难度系数】
0.8