备战2020年高考物理实验专题复习《测量动摩擦因数》(解析版)

答案和解析

1.【答案】 细线与长木板平行 或细线水平 ；

；

【解析】【分析】

对系统研究，运用牛顿第二定律求出动摩擦因数的大小，根据逐差法，运用相邻相等时间内的位移之差是一恒量求出加速度的大小。

解决本题的关键掌握纸带的处理，会通过纸带，运用匀变速直线运动的运动学公式，结合逐差法求解加速度，注意有效数字的保留。 【解答】

实验过程中，电火花计时器接在频率为50Hz的交流电源上．调整定滑轮高度，使细线与长木板平行；

对系统研究，根据牛顿第二定律得：

解得：

；

因为 ， ，则木块的加速度为：

故答案为： 细线与长木板平行 或细线水平 ；

；

2.【答案】 ； ； ； 偏大

【解析】【分析】

根据摩擦力做功表达式，结合几何长度与三角知识关系，即可求解； 根据动能定理，重力做功与摩擦力做功之和为零，即可求解； 根据 ，即可求解动摩擦因数的值；

根据减小的重力势能，并没有完全由摩擦力做功转化为内能，从而确定求解。考查摩擦力做功表达式的内容，掌握动能定理的应用，理解影响动摩擦因数的因素，注意竖直方向的动能损失，导致减小的重力势能不能完全转化为内能。 【解答】

根据摩擦力做功表达式，则有：

；

、 根据动能定理，重力做功与摩擦力做功之和为零， ， 为尽量简便的测量小木块与接触面间的滑动摩擦因数，

因此还需要测量A、C两点间的竖直高度差h与A、C两点间的水平距离x，

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那么测量的滑动摩擦因数 ；

竖直方向的分速度将损失，将导致 ，

那么测量的滑动摩擦因数与实际滑动摩擦因数相比，其值将偏大。 故答案为： ； ； ； 偏大。

3.【答案】 否；

；

【解析】【分析】

本题考查了创新方法探究功与速度的关系，关键是列出动能定理方程然后结合数学函数进行分析出截距与斜率的物理意义．不能将该实验与探究牛顿第二定律的实验混淆，本实验不需要满足小桶 含内部沙子 的质量远小于小车的质量这个条件。 本实验不需要满足小桶 含内部沙子 的质量远小于小车的质量。 由动能定理得到 与x的表达式，再分析图象斜率的意义。 可得出图象斜率，由动能定理求解合外力的大小。 【解答】

本实验不需要用小桶 含内部沙子 的重力代替绳子的拉力，所以不需要满足小桶 含内部沙子 的质量远小于小车的质量。

由动能定理可得： 所以

则可知图象的斜率等于；

若测出滑块质量为 ，弹簧测力计读数为2N，结合图乙有：

；可求得滑块与木板间的动摩擦因数为 。

故答案为： 否； ； 。

4.【答案】 ；1； ； 。

【解析】【分析】

由于滑块在斜面上做匀加速直线运动，所以某段时间内的平均速度等于这段时间内中点时刻的瞬时速度；根据加速度的定义式即可求出加速度； 根据牛顿第二定律列式求解摩擦因数；

为了提高木块与木板间摩擦力因数 的测量精度，可行的措施是A点与传感器位移适当大些或减小斜面的倾角。

解决本题的关键知道匀变速直线运动的推论，在某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度，以及会通过实验的原理得出动摩擦因数的表达式，从而确定所需测量的物理量以及误差分析。 【解答】

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根据某段时间内的平均速度等于这段时间内中点时刻的瞬时速度，得 末的速度为：

，

末的速度为： 则木块的加速度为：

，

。

选取木块为研究的对象，木块沿斜面方向是受力： 得：

，若 ，则

根据 的分析可知，在实验中，为了减少实验误差，应使木块的运动时间长一些，可以：

可以减小斜面的倾角、增加木块在斜面上滑行的位移等，传感器开始的计时时刻不一定必须是木块从A点释放的时刻。故A正确，BCD错误。 故选：A

故答案为： ；1； ； 。

5.【答案】 ； ； 不变。

【解析】【分析】

根据游标卡尺的读数方法进行读数；

由动能定理得到 的关系式，根据图象的截距求解动摩擦因数； 根据 图象的斜率表示的物理意义进行分析。

本题主要是考查测物块与斜面间的动摩擦因数实验，掌握游标卡尺的读数方法和该实验的实验原理是关键。 【解答】

游标卡尺的读法： ； 根据速度位移公式 设斜面的倾角为 ，

， 可得： 联立可得 ，结合图象 ，

根据 ，可知斜率 ，若更换动摩擦因数更小的斜面，图象的斜率不变。

故答案为： ； ； 不变。

6.【答案】 的长度；

【解析】【分析】

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根据动能定理可知BC段摩擦力做的功等于滑块动能的变化量，由此确定需测量的物理量，列式即可确定动摩擦因数的表达式； 根据游标卡尺的读数原则即可确定遮光片的宽度； 滑块从A到B的过程中摩擦力同样做功。

了解光电门测量瞬时速度的原理，实验中我们要清楚研究对象和研究过程，对于系统我们要考虑全面，同时明确实验原理是解答实验问题的前提。 【解答】

由动能定理可知，在BC段摩擦力做的功等于滑块动能的变化量，有：

，由此可知还需要测量的物理量为BC间的长度；

由于滑块经过光电门的时间很短，故可认为滑块在经过光电门的平均速度等于在光电门处的瞬时速度，

有： ，故： ；

游标卡尺的主尺示数为 ，副尺示数为 ，故遮光片的宽度为 ；

由于滑块由A到B的过程中，需克服摩擦力做功，故E 测 真。

故填： 的长度； ； ； 。

7.【答案】 ；

【解析】解： 由图乙所示游标卡尺可知，主尺示数为 ，游标尺示数为 ，游标卡尺读数 ； 经过光电门的速度可以由经过光电门时的平均速度表示，所以： ， 弹簧的弹性势能转化为滑块的动能，则：

滑块在水平面上做匀减速直线运动，设弹簧对滑块做功为W，对运动过程由动能定理可知：

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；

；