常州某小学大门口，设有护学岗标志牌及其固定装置：铁杆左端固定在墙上、右端固定有铁夹，铁夹夹着重4N的护学岗标志牌，铁夹张开幅度越大，夹得越紧。放学时，值班教师用13N的力可将标志牌竖直向上匀速拔出，此过程中，标志牌杆受到铁夹的摩擦力方向 、大小为 N。雨天，标志牌杆拔出铁夹过程中受到铁夹的摩擦力会发生怎样的变化？同学们展开合理猜想。
猜想1：考虑到“雨天木质标志牌杆受潮膨胀”，导致标志牌杆拔出铁夹过程中，受到铁夹的摩擦力变大，理由是 。
猜想2：考虑到“雨天木质标志牌杆表面湿润”，导致标志牌杆拔出铁夹过程中，受到铁夹的摩擦力变小，理由是 。
同学们讨论后，认为猜想1、猜想2都合理，为确定哪一种猜想起主导作用，同学们先采用原始方案，测量时发现超出测力计的量程，于是设计出改进方案1、改进方案2，如图所示，每个滑轮重均为0.3N，不计绳重及滑轮处摩擦。
应采用改进方案 进行探究，实验时，匀速拔出过程中，测力计示数为4.4N，拔出后静止时，测力计示数为1.6N。淋湿、吸水后标志牌重为 N。雨天，标志牌杆拔出铁夹过程中受到铁夹的摩擦力为 N，猜想 起主导作用。
答案：
竖直向下；9；
铁夹张开幅度越大，压力越大，标志牌杆受到铁夹的摩擦力变大；
接触面的粗糙程度变小，标志牌杆受到铁夹的摩擦力变小；
2；4.5；8.9；2。
解析：
（1）放学时，值班教师用13N的力可将标志牌竖直向上匀速拔出，标志牌在竖直方向上受到的竖直向下的摩擦力和重力、竖直向上的拉力的作用，三个力平衡，大小相等，所以摩擦力的大小为13N﹣4N＝9N，方向是竖直向下的；
（2）猜想1：考虑到“雨天木质标志牌杆受潮膨胀”，则铁夹张开幅度越大，夹得越紧，即压力越大，则标志牌杆拔出铁夹过程中，受到铁夹的摩擦力变大；
考虑到“雨天木质标志牌杆表面湿润”，在压力不变时，接触面的粗糙程度变小，导致标志牌杆拔出铁夹过程中，受到铁夹的摩擦力变小；
（3）使用定滑轮不能改变力的大小，使用动滑轮可以省力；物体的重力为4N，拔出标志牌后，测力计示数为1.6N，要小于标志牌的重力，所以采用是实验方案2；
实验时，由图可知，滑轮组有3段绳子拉着动滑轮，拔出后静止时，测力计示数为1.6N，则吸水后的标志牌的重力为：
G'＝nF'﹣G动＝3×1.6N﹣0.3N＝4.5N；
匀速拔出过程中，测力计示数为4.4N，不计绳重及滑轮处摩擦，则标志牌受到向上的拉力为：
FG＝nF﹣G动＝3×4.4N﹣0.3N＝12.9N
则受到的摩擦力为：
f＝FG﹣G＝12.9N﹣4N＝8.9N；
由此可知，摩擦力变小了，即猜想2起主导作用。
微信扫码关注三人行问答社区 公众号
加载中...