24. (6 分)为了比较两只不同运动鞋 $ A $、$ B $ 的防滑性能,某物理小组采用如下方法进行研究:
(1)将弹簧测力计在
(2)如图(a)所示,小明先后将两只运动鞋放在水平木板上,用弹簧测力计沿水平方向右拉动运动鞋,使之做

(3)小华对小明的实验方案做如下调整:在鞋中放入不同配重使两鞋对地面压力相等,并采用如图(b)所示的方法拉动鞋下木板进行测量,当弹簧测力计示数稳定时进行读数。调整后的优点是

(4)如图(c)所示,在将木板从鞋下拉出的过程中,发现弹簧测力计示数不稳定,可能的原因是
(1)将弹簧测力计在
水平
(水平/竖直)方向上进行调零,并用弹簧测力计分别测出两只运动鞋的重力。(2)如图(a)所示,小明先后将两只运动鞋放在水平木板上,用弹簧测力计沿水平方向右拉动运动鞋,使之做
匀速直线
运动。根据二力平衡
原理,此时弹簧测力计示数等于摩擦力大小。将示数填写在表格中,根据表中数据,关于运动鞋防滑性能的判断正确的是:A 更好
($ A $ 更好/$ B $ 更好/无法判断)。(3)小华对小明的实验方案做如下调整:在鞋中放入不同配重使两鞋对地面压力相等,并采用如图(b)所示的方法拉动鞋下木板进行测量,当弹簧测力计示数稳定时进行读数。调整后的优点是
不需要匀速拉动木板
。(4)如图(c)所示,在将木板从鞋下拉出的过程中,发现弹簧测力计示数不稳定,可能的原因是
鞋底各处的粗糙程度不同
(鞋子与桌面始终未接触)。答案
水平
匀速直线
二力平衡
A更好
不需要匀速拉动木板
鞋底各处的粗糙程度不同
匀速直线
二力平衡
A更好
不需要匀速拉动木板
鞋底各处的粗糙程度不同
解析
【分析】
1. 第(1)问:弹簧测力计调零方向需与使用方向一致,后续实验是水平拉动运动鞋测量摩擦力,所以要在水平方向调零,避免弹簧自身重力影响测量准确性。
2. 第(2)问:要让弹簧测力计示数等于摩擦力,需使运动鞋做匀速直线运动,此时拉力与滑动摩擦力是一对平衡力,根据二力平衡原理,二者大小相等。判断防滑性能需比较滑动摩擦力与压力的比值(即接触面粗糙程度),结合实验数据可知A鞋的该比值更大,防滑性能更好。
3. 第(3)问:拉动木板时,鞋子始终处于静止状态,受力平衡,无论木板是否匀速运动,弹簧测力计示数都等于摩擦力大小,所以优点是不需要匀速拉动木板,操作更简便,读数更稳定。
4. 第(4)问:弹簧测力计示数不稳定,说明摩擦力大小在变化,在压力不变的情况下,原因是鞋底各处粗糙程度不同,导致滑动摩擦力大小发生变化。
【解析】
(1) 本实验中弹簧测力计用于水平方向测量拉力,因此要在水平方向上进行调零。
(2) 用弹簧测力计沿水平方向拉动运动鞋,使之做匀速直线运动,此时运动鞋在水平方向受到的拉力和滑动摩擦力是一对平衡力,根据二力平衡原理,弹簧测力计示数等于摩擦力大小。结合实验数据可判断出A更好。
(3) 调整后拉动鞋下木板,鞋子始终静止,受力平衡,弹簧测力计示数始终等于摩擦力大小,因此优点是不需要匀速拉动木板,操作更简单,便于准确读数。
(4) 拉动木板过程中弹簧测力计示数不稳定,且鞋子未接触桌面,可能的原因是鞋底各处的粗糙程度不同,导致滑动摩擦力大小不断变化。
【答案】
(1) 水平
(2) 匀速直线;二力平衡;A更好
(3) 不需要匀速拉动木板
(4) 鞋底各处的粗糙程度不同
【知识点】
二力平衡原理;滑动摩擦力影响因素;弹簧测力计使用
【点评】
本题围绕滑动摩擦力测量实验展开,考查了实验操作细节、二力平衡的应用、实验方案优化以及影响滑动摩擦力的因素,注重对实验原理和分析能力的考查,帮助学生理解实验设计的逻辑。
【难度系数】
0.6
1. 第(1)问:弹簧测力计调零方向需与使用方向一致,后续实验是水平拉动运动鞋测量摩擦力,所以要在水平方向调零,避免弹簧自身重力影响测量准确性。
2. 第(2)问:要让弹簧测力计示数等于摩擦力,需使运动鞋做匀速直线运动,此时拉力与滑动摩擦力是一对平衡力,根据二力平衡原理,二者大小相等。判断防滑性能需比较滑动摩擦力与压力的比值(即接触面粗糙程度),结合实验数据可知A鞋的该比值更大,防滑性能更好。
3. 第(3)问:拉动木板时,鞋子始终处于静止状态,受力平衡,无论木板是否匀速运动,弹簧测力计示数都等于摩擦力大小,所以优点是不需要匀速拉动木板,操作更简便,读数更稳定。
4. 第(4)问:弹簧测力计示数不稳定,说明摩擦力大小在变化,在压力不变的情况下,原因是鞋底各处粗糙程度不同,导致滑动摩擦力大小发生变化。
【解析】
(1) 本实验中弹簧测力计用于水平方向测量拉力,因此要在水平方向上进行调零。
(2) 用弹簧测力计沿水平方向拉动运动鞋,使之做匀速直线运动,此时运动鞋在水平方向受到的拉力和滑动摩擦力是一对平衡力,根据二力平衡原理,弹簧测力计示数等于摩擦力大小。结合实验数据可判断出A更好。
(3) 调整后拉动鞋下木板,鞋子始终静止,受力平衡,弹簧测力计示数始终等于摩擦力大小,因此优点是不需要匀速拉动木板,操作更简单,便于准确读数。
(4) 拉动木板过程中弹簧测力计示数不稳定,且鞋子未接触桌面,可能的原因是鞋底各处的粗糙程度不同,导致滑动摩擦力大小不断变化。
【答案】
(1) 水平
(2) 匀速直线;二力平衡;A更好
(3) 不需要匀速拉动木板
(4) 鞋底各处的粗糙程度不同
【知识点】
二力平衡原理;滑动摩擦力影响因素;弹簧测力计使用
【点评】
本题围绕滑动摩擦力测量实验展开,考查了实验操作细节、二力平衡的应用、实验方案优化以及影响滑动摩擦力的因素,注重对实验原理和分析能力的考查,帮助学生理解实验设计的逻辑。
【难度系数】
0.6
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