实验题中动摩擦因素的测量方法.docVIP

实验题中动摩擦因素的测量方法 江苏省高淳高级中学 潘学升 ? 　　一、根据基本公式进行测量 ? 　　例1　用弹簧测力计测定一个木块A和木块B间的动摩擦因素μ，有如图所示装置，问：若A、B的重力分别为100N和150N，图中弹簧测力计读数为60N（当A被拉动时），FA=100N，求A、B间的μ。 ? ? 　　分析：要A、B间的动摩擦因素，必须先确定研究对象，分析其受的弹力和滑动摩擦力的大小。对B来说，B处于静止的状态。B受到的摩擦力与弹簧的弹力相等。Ff=F=60N，FN=150N，据Ff=μFN知：A、B间的摩擦因素。 ? 　　点评：这是利用滑动摩擦力的计算公式求动摩擦因素的，这种方法要比直接拉B物体要好的多，直接拉B物体很难控制其做匀速运动。 ? 　　二、根据动力学知识进行测量 ? 　　例2　像打点计时器一样，光电计时器也是一种研究物体运动情况的常用计时仪器，其结构如图2所示，a、b分别是光电门的激光发射和接收装置，当有物体从a、b间通过时，光电计时器就可以显示物体的挡光时间。现利用图所示装置测量滑块和长1m左右的木块间的动摩擦因数，图中M N 是水平桌面，Q是木板与桌面的接触点，1和2是固定在木板上适当位置的两个光电门，与之连接的两个光电计时器没有画出。此外在木板顶端的P点还悬挂着一个铅锤，让滑块从木板的顶端滑下，光电门1、2各自连接的计时器显示的挡光时间分别为s和s，挡光片的宽度d =1．0cm。 ? ? 　　（1）滑块通过光电门1的速度v1 =??????? m/s，滑块通过光电门2的速度v2 = ???????m/s。若光电门1、2的距离为L=21．0cm，则滑块的加速度为??????? 。 ? 　　（2）若仅提供一把米尺，已知当地的重力加速度为g，为完成测量，除了研究v1．v2和两个光电门之间的距离L外，还需测量的物理量是?????????????? （说明各量的物理意义，同时指明代表物理量的字母）。 ? 　　（3）用（2）中各物理量求解动摩擦因数的表达式μ=???????????????? （用字母表示）。 ? 　　分析：这是典型的匀变速直线运动的研究题。由于挡光片的宽度很小，认为物体通过挡光片的平均速度就是通过瞬时速度。根据两点速度和时间，就可以根据速度与时间的关系求出加速度。再由牛顿运动定律求出摩擦力，进而求出μ。（1）省略。假设PQ与MN之间的夹角为。根据运动学知识，。又根据牛顿运动定律知，，，可得，，分析此式要求出μ，还需知道，所以还要测P点到桌面高度h；重锤在桌面上所指的点与Q点的距离a；斜面的长度b。，，所以。 ? 　　例3　如图为了测定小木板和斜面间的动摩擦因数，某同学设计了如下的实验。在小木板上固定一个弹簧测力计（质量不计），弹簧测力计下端吊一个光滑小球，将木板连同小球一起放在斜面上，如图所示．用手固定住木板时，弹簧测力计的示数为F1，放手后木板沿斜面下滑，稳定时弹簧测力计的示数为F2，测得斜面倾角为θ，由测得的数据可求出木板与斜面间的动摩擦因数是多少？ ? ? 　　分析：当用固定住木板时，弹簧测力计的示数为F1，这时小球合力为零。所以设小球的质量为m，有，当放手后木板沿斜面下滑时，认为小球和木板的运动情况相同。 ? 　　所以有，对于小球，，又这三个式子可以求出。 ? 　　三、根据动能定理知识进行测量 ? 　　例4　如图4某同学为了只用一根弹簧、一把刻度尺和一根细线，测定某滑块与水平桌面间的滑动摩擦系数μ（设μ为定值），经查阅资料知：一劲度系数为k的轻弹簧由伸长量为x至恢复到原长过程中，弹力所做的功为kx2/2。于是他设计了下述实验：第一步，如图所示，将弹簧一端固定在竖直墙上，使滑块紧靠弹簧将其压缩，松手后滑块在水平桌面上滑行一段距离后停止；第二步，用细线将滑块挂在竖直放置的弹簧上，弹簧伸长后保持静止状态。 ? ? 　　（1）你认为，该同学应该用刻度尺直接测量的物理量是（写出名称并用符号表示）：________________________________。 ? 　　（2）用测得的物理量表示滑块与水平桌面滑动摩擦系数μ的计算式：μ=__________。 ? 　　分析：由功能关系可知，弹性势能等与摩擦力做的功。有，根据此式就能够求出μ了。所以应该测量弹簧被压缩的长度x1，滑块滑行的距离S，弹簧悬挂滑块时伸长的长度x2，?? ，由这两个式子得到。 ? 　　例5　如图5所示的器材是：木质轨道（其倾斜部分倾角较大，水平部分足够长）、小铁块、一根细线、一个量角器。只用上述器材就可以测定小铁块和木质轨道间的动摩擦因数。 ? ? 　　实验步骤是： ? 　　a．将小铁块从倾斜轨道上的一固定位置由静止释放，让小铁块能下滑到水平轨道上； ? 　　b．用图钉把细线钉在小铁块运动的起