實驗07　實驗：測量動摩擦因數(shù)（原卷版）-【同步實驗課】2023-2024高中物理實驗大盤點

學而優(yōu)教有方實驗07測量動摩擦因數(shù)測量動摩擦因數(shù)測量動摩擦因數(shù)1．【實驗原理】利用打點計時器打下的紙帶求出加速度，利用牛頓第二定律求動摩擦因數(shù)。2．【實驗器材】小車、砝碼、小盤、細繩、一端附有定滑輪的長木板、墊木、打點計時器、低壓交流電源、導線兩根、紙帶、天平、米尺。3．【實驗步驟】測質量、打紙帶、求加速度、求動摩擦因數(shù)4．【數(shù)據(jù)處理】求加速度；利用Δx＝aT2及逐差法求a求動摩擦因數(shù)：結合牛頓第二定律5．【注意事項】一先一后一按：改變拉力或小車質量后，每次開始時小車應盡量靠近打點計時器，并應先接通電源，后釋放小車，且應在小車到達滑輪前按住小車。處理實驗數(shù)據(jù)的方法求加速度；利用Δx＝aT2及逐差法求a求動摩擦因數(shù)：結合牛頓第二定律創(chuàng)新角度：實驗裝置的改進、實驗目的的創(chuàng)新【典例1】為了“測量當?shù)刂亓铀俣萭的值和滑塊與木板間的動摩擦因數(shù)μ”，某同學設計了如下實驗方案：第一步：他把帶有定滑輪的木板的有滑輪的一端墊起，把質量為M的滑塊通過細繩與質量為m的帶夾重錘相連，然后跨過定滑輪，重錘下面連一紙帶，穿過打點計時器，調整木板傾角，直到輕推滑塊后，滑塊沿木板做勻速運動，如圖甲所示。第二步：保持長木板的傾角不變，將打點計時器安裝在長木板靠近滑輪處，取下細繩和重錘，將滑塊與紙帶相連，使其穿過打點計時器，如圖乙所示。然后接通電源釋放滑塊，使之從靜止開始加速運動，打出紙帶。打出的紙帶如丙圖所示。試回答下列問題：(1)已知O、A、B、C、D、E、F相鄰計數(shù)點的時間間隔為T，OA、AB、DE、EF間距分別為x1、x2、x3、x4，根據(jù)紙帶求滑塊下滑的加速度a＝________。(2)已知質量m、M和加速度a，則當?shù)氐闹亓铀俣萭＝________。(3)已知質量m、M和長木板的傾角θ，則滑塊與木板間的動摩擦因數(shù)μ＝________。創(chuàng)新點分析創(chuàng)新點分析(1)同時測量動摩擦因數(shù)和重力加速度。(2)將板傾斜?！镜淅?】甲、乙兩同學均設計了測動摩擦因數(shù)的實驗．已知重力加速度為g.(1)甲同學所設計的實驗裝置如圖甲所示．其中A為一質量為M的長直木板，B為木板上放置的質量為m的物塊，C為物塊右端連接的一輕質彈簧測力計．實驗時用力將A從B的下方抽出，通過C的讀數(shù)F1即可測出動摩擦因數(shù)．則該設計能測出________(選填“A與B”或“A與地面”)之間的動摩擦因數(shù)，其表達式為________________．(2)乙同學的設計如圖乙所示．他在一端帶有定滑輪的長木板上固定A、B兩個光電門，與光電門相連的計時器可以顯示帶有遮光片的物塊在其間的運動時間，與跨過定滑輪的輕質細繩相連的輕質測力計能顯示掛鉤處所受的拉力．實驗時，多次改變沙桶中沙的質量，每次都讓物塊從靠近光電門A處由靜止開始運動，讀出多組測力計示數(shù)F及對應的物塊在兩光電門之間的運動時間t，在坐標系中作出F－eq\f(1,t2)的圖線如圖丙所示，圖線的斜率為k，與縱軸的截距為b，因乙同學不能測出物塊質量，故該同學還應測出的物理量為________．根據(jù)該測量物理量及圖線信息可知物塊與木板之間的動摩擦因數(shù)表達式為________________．創(chuàng)新點分析創(chuàng)新點分析(1)利用光電門測時間。(2)利用F－eq\f(1,t2)計算動摩擦因數(shù)?！镜淅?】兩位同學采用如圖所示的裝置測定物塊與桌面間的動摩擦因數(shù)。實驗中，他們使物塊在重物的牽引下由靜止開始運動，當重物落地后，物塊再運動一段距離后停在水平桌面上，用打點計時器和紙帶記錄物塊的運動。(1)實驗時，甲同學測量出重物的質量為M，物塊的質量為m，他選擇了一條點跡清晰的紙帶測量，計算出物塊加速過程中的加速度大小為a；已知重力加速度為g，甲同學忽略滑輪質量和繩與滑輪間的摩擦，得出物塊和桌面間的動摩擦因數(shù)表達式為μ＝________(用M、m、a、g表示)。(2)如圖所示為乙同學選取的一段紙帶，1、2、3、4、5是他選取的計數(shù)點，相鄰兩個計數(shù)點之間還有四個點未畫出。已知打點計時器電源的頻率為50Hz，當?shù)氐闹亓铀俣却笮?.8m/s2。利用紙帶測得的數(shù)據(jù)可求出該物塊減速運動過程中的加速度大小a＝____m/s2，物塊與桌面間的動摩擦因數(shù)μ＝______。(計算結果均保留到小數(shù)點后2位)【典例2】如圖所示為測量物塊與水平桌面之間動摩擦因數(shù)的實驗裝置示意圖，實驗步驟如下：①用天平測量物塊和遮光條的總質量M、重物的質量m；用游標卡尺測量遮光條的寬度d＝0.950cm；用米尺測量兩光電門之間的距離s；②調整輕滑輪，使細線水平；③讓物塊從光電門A的左側由靜止釋放，用數(shù)字毫秒計分別測出遮光條經(jīng)過光電門A和光電門B所用的時間ΔtA和ΔtB，求出加速度a；④多次重復步驟③，求a的平均值eq\x\to(a)；⑤根據(jù)上述實驗數(shù)據(jù)求出物塊與水平桌面間動摩擦因數(shù)μ?；卮鹣铝袉栴}：(1)物塊的加速度a可用d、s、ΔtA和ΔtB表示為a＝____________；(2)動摩擦因數(shù)μ可用M、m、eq\x\to(a)和重力加速度g表示為μ＝__________；(3)如果滑輪略向下傾斜，使細線沒有完全調節(jié)水平，由此測得的μ________(填“偏大”或“偏小”)；這一誤差屬于____________(填“偶然誤差”或“系統(tǒng)誤差”)。1．某同學利用如圖所示的裝置測量滑塊與長金屬板之間的動摩擦因數(shù)和當?shù)刂亓铀俣?。金屬板固定于水平實驗臺上，一輕繩跨過輕滑輪，左端與放在金屬板上的滑塊(滑塊上固定有寬度為d＝2.000cm的遮光條)相連，另一端可懸掛鉤碼。本實驗中可用的鉤碼共有N＝6個，每個質量均為m0＝0.010kg。實驗步驟如下：①在金屬板上適當?shù)奈恢霉潭ü怆婇TA和B，兩光電門通過數(shù)據(jù)采集器與計算機相連。②用電子秤稱量出滑塊和遮光條的總質量為M＝0.150kg。③將n(依次取n＝1，2，3，4，5，6)個鉤碼掛在輕繩右端，其余N－n個鉤碼固定在滑塊上。用手按住滑塊，并使輕繩與金屬板平行。接通光電門，釋放滑塊。計算機自動記錄：ⅰ.遮光條通過光電門A的時間Δt1；ⅱ.遮光條通過光電門B的時間Δt2；ⅲ.遮光條的后端從離開光電門A到離開光電門B的時間Δt12；④經(jīng)數(shù)據(jù)處理后，可得到與n對應的加速度a并記錄?；卮鹣铝袉栴}：(1)在n＝3時，Δt1＝0.0289s，Δt2＝0.0160s，Δt12＝0.4040s。ⅰ.忽略遮光條通過光電門時速度的變化，滑塊加速度的表達式為a1＝________，其測量值為________m/s2(計算結果保留3位有效數(shù)字。通過計算機處理得到eq\f(1,Δt1)＝34.60s－1，eq\f(1,Δt2)＝62.50s－1)；ⅱ.考慮遮光條通過光電門時速度的變化，滑塊加速度的測量值a2________a1(填“大于”“等于”或“小于”)。(2)利用記錄的數(shù)據(jù)擬合得到a－n圖象，如圖所示，該直線在橫軸上的截距為p、縱軸上的截距為q。用已知量和測得的物理量表示滑塊與長金屬板之間動摩擦因數(shù)的測量值μ＝________，重力加速度的測量值g＝________(結果用字母表示)。2．如圖甲所示，某實驗小組利用驗證牛頓第二定律的實驗裝置測定物塊與木板之間的動摩擦因數(shù)，實驗裝置固定連接完畢后，調節(jié)木板及物塊右側兩段細繩水平，初步試用各個器件工作正常．實驗開始時在砂桶中放入適量的細砂，系統(tǒng)開始工作，物塊做加速運動，打出的紙帶如圖乙所示，已知所用交流電源的頻率為50Hz，重力加速度大小為g.(1)除圖中所給的實驗器材外，以下器材還必需選用的有________；A．天平 B．刻度尺C．秒表 D．干電池(2)已讀出彈簧測力計的示數(shù)為F，為進一步測量動摩擦因數(shù)，下列物理量中還需測量的有________；A．木板的長度L B．物塊的質量mC．砂和砂桶的質量M D．物塊的運動時間t(3)圖乙中給出了實驗中獲取的紙帶的一部分數(shù)據(jù)，0、1、2、3、4、5是計數(shù)點，每相鄰兩計數(shù)點間還有4個點(圖中未標出)，計數(shù)點間的距離如圖乙所示．則打下計數(shù)點2時物塊對應的速度大小v＝________m/s；本次實驗物塊對應的加速度大小a＝________m/s2；(結果均保留三位有效數(shù)字)(4)改變砂桶內細砂的質量，測量出對應的加速度a和彈簧測力計的示數(shù)F.若用圖像法處理數(shù)據(jù)，得到了如圖丙所示的一條傾斜的直線，如果該圖線的橫軸截距等于b，斜率為k.則動摩擦因數(shù)μ＝________(用題目中給的b、k、g表示)．3．(多選)如圖甲所示，A、B兩個物體疊放在水平面上，B的上下表面均水平，A物體與一拉力傳感器相連接，連接拉力傳感器和物體A的細繩保持水平。從t＝0時刻起，用一水平向右的力F＝kt(k為常數(shù))作用在B物體上，拉力傳感器的示數(shù)隨時間變化的圖線如圖乙所示，已知k、t1、t2，且最大靜摩擦力等于滑動摩擦力。據(jù)此可求()A.A、B之間的最大靜摩擦力B.水平面與B之間的滑動摩擦力C.A、B之間的動摩擦因數(shù)μABD.B與水平面間的動摩擦因數(shù)μ4．某同學利用圖甲所示DIS裝置探究滑塊加速度與合力的關系，同時測量滑塊與軌道間的動摩擦因數(shù)。重物通過光滑的定滑輪用細線拉滑塊，在滑塊和細線左端之間固定一力傳感器，位移傳感器(接收器)固定在軌道一端，位移傳感器(發(fā)射器)隨滑塊一起沿水平軌道運動。實驗中，保持滑塊(包括位移傳感器發(fā)射器和力傳感器)的質量M不變，改變重物的質量m，重復實驗若干次，得到滑塊的加速度a與力傳感器的示數(shù)F的關系如圖乙所示。(1)本實驗________(填“需要”或“不需要”)滿足滑塊(包括位移傳感器發(fā)射器和力傳感器)的質量遠大于重物的質量。(2)滑塊(包括位移傳感器發(fā)射器和力傳感器)的質量為________kg；取g＝10m/s2，空氣阻力不計，滑塊與軌道間的動摩擦因數(shù)為________。1.(2019·全國卷Ⅱ·22)如圖(a)，某同學設計了測量鐵塊與木板間動摩擦因數(shù)的實驗．所用器材有：鐵架臺、長木板、鐵塊、米尺、電磁打點計時器、頻率50Hz的交流電源、紙帶等．回答下列問題：(1)鐵塊與木板間動摩擦因數(shù)μ＝______(用木板與水平面的夾角θ、重力加速度g和鐵塊下滑的加速度a表示)．(2)某次實驗時，調整木板與水平面的夾角使θ＝30°.接通電源，開啟打點計時器，釋放鐵塊，鐵塊從靜止開始沿木板滑下．多次重復后選擇點跡清晰的一條紙帶，如圖(b)所示．圖中的點為計數(shù)點(每兩個相鄰的計數(shù)點間還有4個點未畫出)．重力加速度為9.80m/s2.可以計算出鐵塊與木板間的動摩擦因數(shù)為________(結果保留2位小數(shù))．2.(2021·1月江蘇新高考適應性考試，12)用圖所示的實驗裝置測量木塊與長木板間的動摩擦因數(shù)μ。把左端帶有滑輪的長木板平放在實驗桌上，載有砝碼的木塊右端連接穿過打點計時器的紙帶，左端連接細線，細線繞過定滑輪掛有槽碼，木塊在槽碼的牽引下運動。通過紙帶測量木塊的加速度，并測出木塊與砝碼的總質量M，槽碼的總質量m，計算木塊與木板之間的摩擦力f。改變M和m進行多次實驗。(1)下列實驗操作步驟，正確順序是________。①釋放木塊②接通打點計時器電源③將木板固定在水平桌面上④調節(jié)滑輪高度使細線與木板平行⑤將紙帶穿過打點計時器的限位孔并固定在木塊上(2)實驗打出的一段紙帶如圖所示，打點計時器的工作頻率為50Hz，圖中紙帶按實際尺寸畫出，則木塊的加速度為________m/s2。(3)甲同學測得的數(shù)據(jù)見下表：M/kg0.7000.6000.5000.4000.300f/N2.482.181.801.501.16請根據(jù)表中的數(shù)據(jù)，在下圖方格紙上作出f－M圖像。(4)已知重力加速度g＝9.80m/s2，可求得該木塊與木板的動摩擦因數(shù)μ＝________。(5)乙同學用(3)問表中的數(shù)據(jù)逐一計算出每次測量的μ值，取其平均值作為測量結果。他發(fā)現(xiàn)該值比甲同學在(4)問中得出的μ值大。你認為哪位同學的結果更準確，請簡要說明理由_______________________________