21.（13分）探究“滑动摩擦力的大小与什么因素有关”的实验活动中，同学们猜想影响滑动摩擦力大小的因素可能有：猜想一：接触面所受的压力大小；猜想二：接触面的粗糙程度；猜想三：物体运动的速度。接下来，他们通过实验来验证这些猜想。

(1)小红用弹簧测力计拉同一木块进行了多次正确实验操作，实验情景如图甲、乙、丙所示：
①比较两图实验可知：滑动摩擦力的大小与压力大小有关；
②比较甲、丙两图实验可知：滑动摩擦力的大小与有关；
③由乙图可知物体匀速运动时，水平拉力为N，若水平拉力逐渐增大，则木块受到的摩擦力（选填“变大”“变小”或“不变”）。
(2)在操作过程中小红还发现，弹簧测力计不沿水平方向拉动时，也可以使木块在木板上沿水平方向做匀速直线运动，如图丁所示，此过程中，木块处于（选填“平衡”或“不平衡”）状态，弹簧测力计对木块的拉力和木块受到的滑动摩擦力（选填“是”或“不是”）一对平衡力，理由是。
(3)小红发现：在实际操作中弹簧测力计示数不稳定，于是改进了实验，如图戊(a)所示，该装置的优点是（选填“需要”或“不需要”）长木板做匀速直线运动。但是她却发现当水平拉动木板的过程中，弹簧测力计示数仍然不稳定，你认为不稳定的主要原因可能是。
(4)小红在图戊(a)的基础上继续进行实验，她通过改变木块上砝码的个数改变木块对木板的压力，记录多组滑动摩擦力$ f $及压力$ F_{\mathrm{N}} $的大小，作出摩擦力$ f $随压力$ F_{\mathrm{N}} $的变化图像，如图戊(b)中A图线所示，则滑动摩擦力$ f $与压力$ F_{\mathrm{N}} $成关系；若换用更粗糙的木板重复上述实验，作出摩擦力$ f $随压力$ F_{\mathrm{N}} $的变化图像，应为图戊(b)中（选填“B”或“C”）所示。
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(5)为探究猜想三，同学们进一步改进实验装置（如图己所示），改变传送带速度，根据实验数据绘制的速度与时间（$ v-t $）和拉力与时间（$ F-t $）的关系图像，如图B、C所示，分析图像可知，滑动摩擦力的大小与物体运动速度大小（选填“有关”或“无关”），理由是。

第21题图己

21.(1)①甲、乙 ②接触面的粗糙程度 ③3.4 不变 (2)平衡 不是 两个力不在同一直线上 (3)不需要 木板表面的粗糙程度不均匀 (4)正比 B (5)无关 由10~50 s拉力大小不变可知,在速度不为0时,滑动摩擦力的大小是相同的,所以滑动摩擦力的大小与物体运动速度大小无关

【分析】
本题是探究滑动摩擦力大小影响因素的力学实验题，核心解题思路是运用控制变量法，结合二力平衡原理分析实验操作与结论：探究某一因素对滑动摩擦力的影响时，需控制其他因素不变；利用弹簧测力计测摩擦力时，匀速拉动（或木块静止）时拉力与滑动摩擦力平衡；同时需结合实验装置的特点分析改进后的实验优势与问题。
【解析】
(1) ① 探究滑动摩擦力与压力大小的关系，需控制接触面粗糙程度相同，仅改变压力，甲、乙两图接触面均为木板，压力不同，故填甲、乙；
② 甲、丙两图压力相同，接触面粗糙程度不同（甲为木板，丙为毛巾），因此探究滑动摩擦力与接触面的粗糙程度有关；
③ 乙图弹簧测力计分度值为0.2N，示数为3.4N；滑动摩擦力大小仅由压力和接触面粗糙程度决定，拉力增大时，压力和粗糙程度不变，故摩擦力不变；
(2) 木块沿水平方向匀速直线运动，处于平衡状态；弹簧测力计斜拉时，拉力与滑动摩擦力不在同一直线上，不满足二力平衡“同一直线”的条件，故不是一对平衡力；
(3) 图戊装置中，木块始终静止，受力平衡，无需长木板做匀速直线运动；弹簧测力计示数不稳定，是因为木板表面的粗糙程度不均匀，导致滑动摩擦力变化；
(4) 由图戊(b)中A图线，f随FN变化为过原点的直线，说明f与FN成正比；换用更粗糙的木板，相同压力下滑动摩擦力更大，图线斜率更大，对应B图线；
(5) 由图C的F-t图像，10~50s内传送带速度变化，但拉力大小不变，木块静止时拉力等于滑动摩擦力，说明滑动摩擦力大小与物体运动速度无关。
【答案】
(1) ①甲、乙；②接触面的粗糙程度；③3.4；不变
(2) 平衡；不是；两个力不在同一直线上
(3) 不需要；木板表面的粗糙程度不均匀
(4) 正比；B
(5) 无关；由10~50 s拉力大小不变可知，在速度不为0时，滑动摩擦力的大小是相同的，所以滑动摩擦力的大小与物体运动速度大小无关
【知识点】
滑动摩擦力的影响因素；二力平衡条件；控制变量法
【点评】
本题围绕滑动摩擦力的探究实验展开，全面考查控制变量法的应用、二力平衡的判断、实验装置的改进与误差分析，是初中力学的重点实验题，注重对实验过程和原理的理解。
【难度系数】
0.6