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高中物理解题技巧
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高中物理解题技巧
实验题中动摩擦因素的测量方法
来源:中考 | 初中政治 | 阅读人次
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),
F
A
=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。
F
f
=
F
=60N
,
F
N
=150N
,据
F
f
=
μF
N
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
v
1
= m/s,滑块通过光电门2的速度
v
2
= 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
v
1.
v
2
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
F
1
,放手后木板沿斜面下滑,稳定时弹簧测力计的示数为
F
2
,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
F
1
,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
kx
2
/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
x
1
,滑块滑行的距离S,弹簧悬挂滑块时伸长的长度x
2
,
,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点、终点处并拉直;
c.
用量角器测量 (先用文字说明再用字母表示)则小铁块与木质轨道间的动摩擦因数可表示为
= 。
分析:
这道题初看起来扑朔迷离,不知道从何下手,细心发现物体由静止到运动到静止。也就是说在整个运动过程中物体的动能变化为零。而在运动中重力做功易知,摩擦力做功中就涉及到动摩擦因素
。所以据动能定理可以求解。在
A
到
C
过程中,重力的功为
,摩擦力做的功可以分为两个阶段
和
进行求解。有
,
。所以有
。根据动能定理得到:
,
。
从公式中知,只要测出拉直的细线与水平面的夹角
就可以了。
点评:
动能定理讲的是合力做功与物体动能之间的关系,它不涉及到物体的运动速度和时间,所以在具体的应用中很方便。
小结:
在高三复习时,我们要在平时学习中注重积累和反思。对物理概念和规律要从多角度去认识,这样往往能够跳出题海,找出捷径,达到事半功倍的效果。
反馈练习:
1.为了测量两张纸之间的动摩擦因数,某同学设计了一个实验:如图7所示,在木块A和木板B上贴上待测的纸,B木板水平固定,砂桶通过细线与木块A相连,调节砂桶中砂的多少,使A匀速向左运动。测出砂桶和砂的总质量m,以及贴纸木块A的质量M,则两纸间的动摩擦因数μ=m/M。
(
1)该同学为什么要把纸贴在木块A和木板B上,而不直接测量两张纸间的滑动摩擦力?
(
2)在实际操作中,发现要保证木块A做匀速运动较困难,请你对这个实验作一改进来克服这一困难。
①你设计的改进方案是:
;
②根据你的方案做实验,结果动摩擦因数
μ
的表达式是: ;
③根据你的方案要添加的器材有
。
答案:
(
1)两张纸的动摩擦力是很难测量的,很不方便而且误差很大。所以只能通过间接测量两张纸的动摩擦因素。
(
2)在实际操作中很难保证A做匀速运动,但知道物体A、B如果不做匀速运动就是做匀变速运动。所以我们可以在A的后面连接纸带和打点计时器,通过分析纸带求出物体的加速度,再根据牛顿运动定律解出动摩擦因素了。对于B来说,
,对于A物体来说,
得到,
。
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