30.(4分)为了探究“滑动摩擦力的大小与什么因素有关”,小轩设计了如图甲所示的实验装置。


步骤一:小轩用水平向左的力F拉动平板小车1,在4 s内观察拉力传感器的示数变化,并绘制了如图乙所示的图像。
步骤二:如图丙,换用上表面比平板小车1光滑的平板小车2,用电动机水平向左拉动平板小车2,并用弹簧测力计竖直向上拉铁块,读弹簧测力计和拉力传感器的示数并记录在表格中(拉线和平板小车足够长,铁块若干且每个铁块粗糙程度相同),数据记录在表中:(信息快递:水平面上物体对水平面的压力等于自身重力减去竖直向上的拉力)
(1)在步骤一中,测量摩擦力的原理是,当平板小车1开始运动时,铁块受到的摩擦力方向是。
(2)步骤二中,第6次实验时小轩调节好弹簧测力计后忘记记录弹簧测力计的示数,请你通过分析,填入数据N。根据1、5、6三次实验可以得出结论:。
(3)比较步骤二的前四组数据,我们可以得到的结论是:。

30.(1)二力平衡 水平向左 (2)1.2 滑动摩擦力大小与重力大小无关 (3)接触面粗糙程度相同时,压力越大,滑动摩擦力越大
【点拨】本题考查探究滑动摩擦力大小的影响因素实验,涉及二力平衡原理的应用、摩擦力方向的判断以及通过实验数据分析得出压力、接触面粗糙程度对滑动摩擦力大小的影响规律。
【解析】(1)当平板小车1运动时,铁块相对地面静止,此时铁块在水平方向受到拉力传感器的拉力和滑动摩擦力,根据二力平衡,这两个力大小相等、方向相反,所以测量摩擦力的原理是二力平衡。平板小车1开始运动时,铁块相对小车1向右运动,所以铁块受到的摩擦力方向水平向左。
(2)分析1、5、6次实验数据,拉力传感器示数都为1.6 N,即铁块受到的滑动摩擦力都为1.6 N,说明压力保持不变,由1、5次实验可知,铁块对平板小车2的压力为4 N,所以第6次实验中弹簧测力计示数$F_{\mathrm{示}}=5.2\ \mathrm{N}-4\ \mathrm{N}=1.2\ \mathrm{N}$。1、5、6次实验中,铁块粗糙程度相同,铁块重力不同,在弹簧测力计作用下,使铁块对平板小车2的压力保持相同,拉力传感器示数不变,即滑动摩擦力不变,所以得出,滑动摩擦力大小与重力大小无关。
(3)由步骤二的前四组数据可知,铁块重力相同,铁块对平板小车2的压力越大,拉力传感器的示数越大,铁块受到的滑动摩擦力越大,可得出结论:接触面的粗糙程度相同时,压力越大,滑动摩擦力越大。

【分析】
解决本题需结合滑动摩擦力实验的核心知识：首先，步骤一中利用铁块静止时的受力平衡判断摩擦力测量原理，通过相对运动方向判断摩擦力方向；其次，步骤二中需利用控制变量法分析实验数据，结合压力与重力、拉力的关系计算弹簧测力计示数，再通过变量控制得出滑动摩擦力的影响结论；最后，分析前四组实验的控制变量，总结压力对滑动摩擦力的影响规律。
【解析】
(1) 步骤一中，铁块相对地面静止，水平方向受拉力传感器的拉力和滑动摩擦力，二力平衡时两力大小相等，故测量摩擦力的原理是二力平衡；当平板小车1开始运动时，铁块相对小车1向右运动，摩擦力方向与相对运动方向相反，因此铁块受到的摩擦力方向水平向左。
(2) 1、5、6次实验中，拉力传感器示数均为1.6N，说明铁块受到的滑动摩擦力相同，即压力保持不变。根据“水平面上物体对水平面的压力等于自身重力减去竖直向上的拉力”，第6次实验弹簧测力计示数为总重力5.2N减去1次实验的压力4N，得1.2N；1、5、6次实验中，接触面粗糙程度相同，铁块重力不同但滑动摩擦力相同，故结论为：滑动摩擦力大小与重力大小无关。
(3) 步骤二前四组实验中，接触面粗糙程度相同，铁块重力相同（压力随铁块数量增加而增大），拉力传感器示数随压力增大而增大，说明滑动摩擦力增大，故结论为：接触面粗糙程度相同时，压力越大，滑动摩擦力越大。
【答案】
(1) 二力平衡；水平向左 (2) 1.2；滑动摩擦力大小与重力大小无关 (3) 接触面粗糙程度相同时，压力越大，滑动摩擦力越大
【知识点】
二力平衡；滑动摩擦力的影响因素；摩擦力方向判断
【点评】
本题为探究滑动摩擦力大小影响因素的实验题，考查了二力平衡原理的应用、摩擦力方向判断、控制变量法在实验数据分析中的运用，是力学核心实验的常规考查，需学生掌握实验原理与控制变量法的使用。
【难度系数】
0.6