2022届高考物理二轮复习 物理实验专项练习（3）测量动摩擦因数

（3）测量动摩擦因数

一、实验题

1.为测定木块与桌面之间的动摩擦因数，某同学设计了如图甲所示的装置进行实验。实验中，当木块A位于水平桌面上的O点时，重物B刚好接触地面。将A拉到P点，待B稳定后由静止释放，A最终滑到Q点（重物B落地后不反弹），分别测量的长度h和s。改变h，重复上述实验，分别记录几组实验数据。

（1）实验开始时，发现A释放后会撞到滑轮，为了解决这个问题，可以适当_______（填“增大”或“减小”）重物B的高度。

（2）根据实验数据作出关系的图像如图乙所示。实验测得的质量之比为，由图像可得图线斜率为k，则木块A与桌面间的动摩擦因数_______（用k表示）。

（3）若实验中，每次测量h时，测量的都是重物B上端到地面的距离，按照上述方法计算出的动摩擦因数与真实值相比_______（填“偏大”“偏小”或“相同”）。

2.为了测量滑块与桌面间的动摩擦因数，一同学设计了如图1所示的实验装置，A为带滑轮的滑块，B为盛有砂的砂桶。

（1）实验时，必须要进行的操作是________。

A.用天平测量出砂和砂桶的总质量

B.调整滑轮的位置，使绳与桌面平行

C.要保证砂和砂桶的总质量远小于滑块和滑轮的总质量

D.滑块靠近打点计时器，先接通电源，再释放滑块

（2）该同学在实验中得到如图2所示的一条纸带（相邻两计数点之间还有四个点未画出），打点计时器的交流电源频率为50 Hz；根据纸带可以求出滑块的加速度______（保留两位有效数字）。

（3）通过改变砂的质量，得到滑块运动的加速度和力传感器示数F的关系如图3所示，纵截距为，已知当地的重力加速度为g，则滑块和桌面间的动摩擦因数______（用表示）。

（4）实验中已测得滑块和滑轮的总质量为M，将其由静止释放，力传感器的示数为F，滑块运动距离为时，砂桶刚好接触地面且不反弹，滑块再运动的距离后停止运动，则滑块与桌面间的动摩擦因数的表达式为______（用表示）；的测量值与真实值相比______（填“偏大”“偏小”或“不变”）。

3.某实验小组在测木块与长木板之间的动摩擦因数时，采用如图甲所示的装置，图中长木板水平固定，调整定滑轮高度，使细线与长木板平行。

（1）实验过程中，电火花计时器应接在________（选填“直流”或“交流”）电源上。
（2）已知重力加速度为g，测得木块的质量为M，砝码盘和砝码的总质量为m，木块的加速度为a，则木块与长木板间的动摩擦因数_______。
（3）图乙为木块在水平木板上带动纸带运动打出的一条纸带的一部分，0、1、2、3、4、5、6为计数点，相邻两计数点间还有4个打点未画出。从纸带上测出，。则木块加速度大小______（保留两位有效数字）。

4.某物理兴趣小组的同学在实验室测量小滑块与木板之间的动摩擦因数μ。该小组的同学先把木板固定在水平桌面上，并把光电门固定在B点（光电门通过导线与计时器连接），如图1所示。实验时给带有遮光条的小滑块一个初速度，让它沿木板从左向右运动，小滑块通过光电门后最终停在木板上某点C。已知当地重力加速度为g。

(1)用游标卡尺测量遮光条的宽度d如图2所示，其读数_____cm.

(2)为了测量动摩擦因数，除遮光条宽度d及数字计时器显示的时间t外，下列物理量中还需测量的有_______.

A.木板的长度 B.木板的质量 C.小滑块的质量 D.木板上间的距离

(3)小滑块与木板间的动摩擦因数______（用题中所涉及的物理量的符号表示）。

5.某实验小组利用如图所示的装置测量滑块与长木板间的动摩擦因数。在左端带有定滑轮的水平长木板上放置一个滑块，滑块通过跨过定滑轮的细绳与小物块相连，滑块上表面装有窄遮光片，在虚线P处安装光电门，遮光片经过光电门时，数字计时器（图中未画出）会记录遮光片的挡光时间，已知重力加速度为g，实验过程如下：

（1）用游标卡尺测出遮光片的宽度d，用天平分别测出滑块（含遮光片）的质量M和小物块的质量m；

（2）按图组装器材，调节滑轮高度使细绳与木板平行；

（3）固定滑块，使遮光片左侧与O点对齐，测出O点与P点之间的距离x；

（4）释放滑块，遮光片通过光电门，数字计时器记录的时间为t；

（5）整理器材，处理数据。处理数据时，实验小组先计算出滑块经过P点的速度_______；再计算出滑块从O运动到P的加速度_________；最后根据牛顿第二定律得到滑块与长木板之间的动摩擦因数________（均用直接测量量和g表示）。

6.某同学做“测定木块与木板间动摩擦因数”的实验，测滑动摩擦力时，他设计了两种实验方案：
方案一：木板固定在水平面上，用弹簧测力计水平匀速拉动木块，如图甲所示.
方案二：用弹簧测力计水平地钩住木块，用力使木板在水平面上运动，如图乙所示.
除了实验必须的弹簧测力计、木块、木板、细线外，该同学还准备了若干重均为2.00 N的砝码.

（1）上述两种方案中，更便于操作和读数的方案是______（填“方案一”或“方案二”）.
（2）该同学在木块上加砝码，改变木块对木板的压力，记录了5组实验数据，并根据数据正确地在坐标纸上作出木块受到的滑动摩擦力f和砝码对木块的压力F的关系图像如图丙.由图像可知，木块重为_______N，木块与木板间的动摩擦因数为__________.
 

7.为了测定木块A和木板B之间的动摩擦因数，某同学设计了一个实验，图甲为其实验装置示意图。该同学在实验中主要操作有：
A.用弹簧测力计测出木块A的重力为
B.用弹簧测力计测出木板B的重力为
C.按图甲所示安装器材，安装过程中用手按住木块和木板
D.松开按住木块和木板的手，让其运动，并即刻读出弹簧测力计的示数

（1）该同学的上述操作中有一个步骤是多余的，有一个步骤存在错误。多余的步骤是________，存在错误的步骤是_______。
（2）按正确方法重新操作，弹簧测力计的示数如图乙所示，读数为______N。
（3）根据该同学的测量数据，可得到木块A和木板B之间的动摩擦因数为______。

8.为了测量木块与木板间的动摩擦因数μ，某小组设计了如图甲所示的实验装置，让木块从倾角为θ的木板上由静止释放，位移传感器连接计算机描绘出了木块相对传感器的位移随时间变化的图象，如图乙中图线②所示.图中木块从到和从到的运动时间均为T.

（1）根据上述图线计算木块运动到时的速度__________，木块加速度_________.

（2）若，则动摩擦因数__________（，）.

（3）若只增大木板倾斜的角度，则木块相对传感器的位移随时间变化的图象可能是图乙中的_________（选填图线序号“①”“②”或“③”）.

9.用下面的实验可以测量出滑块与桌面间的动摩擦因数。图中A是可以固定于水平桌面的滑槽（滑槽末端与桌面相切），B是质量为m的滑块（可视为质点）。
 

第一次实验：如图1所示，将滑槽固定于水平桌面的右端，滑槽的末端与桌面的右端M对齐，让滑块B从滑槽上最高点由静止释放滑下，落在水平地面上的P点，测出滑槽最高点距离桌面的高度距离地面的高度与P间的水平距离。
第二次实验：如图2所示，将滑槽固定于水平桌面的左端，测出滑槽的末端N与桌面的右端M的距离与之间的水平距离。
（1）在第一次实验中，滑块在滑槽末端时的速度大小为________（用实验中所测得的物理量的符号表示，已知当地重力加速度为g）。
（2）实验中测得，则滑块与桌面间的动摩擦因数___________，滑块在滑槽上滑动期间克服阻力做的功与重力做功之比等于_______。（g取）
 

10.某同学用图甲所示的实验装置测量滑块与桌面之间的动摩擦因数。光电门固定在水平直轨道上的O点，拉力传感器固定在滑块上，不可伸长的细线通过定滑轮将滑块与钩码相连，遮光条的宽度为d，滑块初始位置A点到O点的距离为L，重力加速度为g。实验步骤如下：
 

A.将滑块从A点由静止释放，传感器显示滑块所受拉力为F，光电门记录遮光条通过光电门的时间t；
B.改变钩码的个数重复步骤A；
C.正确记录每一组F与t对应的数据，作出的关系图像如图乙所示（图中为已知量）。
（1）根据步骤A中测出的物理量可知，滑块的加速度__________；
（2）滑块与轨道间的动摩擦因数_____________；
（3）增加滑块的质量重新进行实验，得到的图像与两坐标轴交点坐标的绝对值的变化情况是：b____________，c_____________（填“变大”“变小”或“不变”）。

11.某同学用图（a）所示的装置测量木块与木板之间的动摩擦因数。跨过光滑定滑轮的细线两端分别与木块和弹簧秤相连，滑轮和木块间的细线保持水平，在木块上方放置砝码。缓慢向左拉动水平放置的木板，当木块和砝码相对桌面静止且木板仍在继续滑动时，弹簧秤的示数即木块受到的滑动摩擦力的大小。某次实验所得数据在下表中给出，其中的值可从图（b）中弹簧秤的示数读出。

回答下列问题：

（1）_______N；

（2）在图（c）的坐标纸上补齐未画出的数据点并绘出图线；

（3）f与m、木块质量M、木板与木块之间的动摩擦因数μ及重力加速度大小g之间的关系式为___________，图线（直线）的斜率的表达式为_______；

（4）取，由绘出的图线求得_____________。（保留2位有效数字）

12.用刻度尺、坐标纸等器材可以测定动摩擦因数。实验装置如图所示，表面粗糙程度相同的斜面和水平面在交线B处平滑连接，实验步骤如下：

①将一小物块从斜面上的A点由静止释放，滑到水平面上的C点停下；

②用铅垂线测定A点在水平面的投影点O，用刻度尺测量的高度的长度x；

③改变释放点的位置，重复上述步骤，记录多组关于的数据。

请回答下列问题：

（1）步骤③可以减小最后结果的_______（选填“偶然”或“系统”）误差；

（2）以为横轴，h为纵轴，根据测得的数据在坐标纸上描点，拟合图线，得到的图象最合理的是________；

A. B. C. D.

（3）在某次实验中，小物块从斜面上的点由静止释放，运动到水平面上的点停止，点在水平面的投影为，记录下的长度；增大斜面倾角，斜面上的点与点等高，再将小物块从点由静止释放，运动到水平面上的点停止，点在水平面的投影为，记录下的长度。则________（选填“>”“=”或“<”）；小物块从到的过程记为“Ⅰ”，从到的过程记为“Ⅱ”，在同一坐标系中画出小物块速率v随时间变化的图象，下列图象中可能正确的是________。

A. B.

C. D.

参考答案

1.答案：（1）减小（2）（3）相同

解析：（1）B下降过程中减少的重力势能转化为A与桌面的内能和的动能，A释放后会与滑轮碰撞，说明B落地时减少的重力势能太多，转化为A的动能太大，为了解决这个问题，可以适当减小重物B的高度。

（2）设B落地瞬间的共同速度为v，在B落地过程中，根据动能定理可得，在B落地后，木块A从O点运动到Q点的过程中，根据动能定理可得，由于，根据图乙可得，故，解得。

（3）每次测量h时，测量的都是重物B上端到地面的距离，则h的测量值偏大，但由图像斜率可知，为准确值，即k值不变，代入，求得的μ值相同。

2.答案：（1）B（2）0.90（3）（4）;偏大

解析：（1）由于有力传感器，不再需要测量砂桶与砂的总质量，也不需要满足砂桶与砂的总质量远小于滑块和滑轮的总质量；绳与桌面平行，是为了保证实验过程中拉力恒定；实验过程中，滑块靠近打点计时器，先接通电源，再释放滑块，故B、D正确。

（2）打点计时器的频率为50 Hz，打点周期，打下相邻两计数点的时间间隔，由得。

（3）对滑块由牛顿第二定律有，得，可知纵截距为，即，得。

（4）滑块由静止开始加速，有，其中，砂桶落地后，滑块仅在摩擦力的作用下做减速运动直至停止，此时有，由牛顿第二定律可得，得，联立可得，由于实验过程中打点计时器与纸带间存在摩擦力，故测量值与真实值相比偏大。

3.答案：（1）交流

（2）

（3）1.5

解析：（1）电火花计时器应接在交流电源上。
（2）对砝码有；对木块有，解得。
（3）因，则，解得。

4.答案：(1)0. 375

(2)D

(3)

解析：(1)遮光条的宽度。

(2)小滑块通过光电门的速度，小滑块由B点运动到C点的过程中，由动能定理有，解得，故还需测量木板上间的距离,选项D正确。

(3)由(2)可知。

5.答案：（5）;;

解析：由于遮光片很窄，故可认为遮光片通过光电门的平均速度为滑块经过P点的速度；由匀变速直线运动的速度位移关系有：，解两式得：；分别对小物块和滑块由牛顿第二定律有：，，即，解得。

6.答案：（1）方案二

（2）6；0.25

解析：（1）方案二更合理，理由是：题图乙中固定弹簧测力计，拉动木板做相对运动，不需要满足匀速拉动的条件，测量更准确.
（2）由题图丙可以看出，在砝码对木块压力为0时，木块对木板最初的摩擦力为1.5 N，而且木块与木板间的滑动摩擦力随着压力的增大而增大，即木块与木板间的滑动摩擦力大小受压力大小的影响.当砝码对木块的压力时，摩擦力，所以图像不过原点的原因是:压力F中漏掉了木块的重力.由题意可知，图像的斜率.在砝码对木块压力为0时，木板对木块的摩擦力为1.5 N.即，所以木块重力.

7.答案：（1）B；D

（2）2.10

（3）0.35

解析：（1）要测量木块A和木板B之间的动摩擦因数，由，可知需要知道滑动摩擦力的大小和A对B的压力大小，而A对B的压力大小和A的重力相等，所以需要知道A的重力，B的重力没有用，所以不需要知道B的重力，多余的步骤是B；弹簧测力计的示数等于滑动摩擦力的大小，当物体刚开始运动时，示数不稳定，此时读数误差较大，正确的做法应该是：松开按住木块和木板的手，让其运动，待木块静止后读出弹簧测力计的示数，故步骤D错误。
（2）弹簧测力计的读数为2.10 N。
（3）木块A和木板B之间的动摩擦因数。

8.答案：（1）；

（2）0.5

（3）①

解析：（1）由题意可知位置为时对应到的中间时刻，则木块运动到时的速度等于从到过程中的平均速度，则；由逐差法可知，，解得.

（2）将数据代入公式，可解得，由牛顿第二定律得，解得.

（3）若增大木板的倾角，则木块下滑的加速度增大，则相邻相等时间间隔的位移差增大，分析可知木块相对传感器的位移随时间变化的图象应为题图乙中的图线①.

9.答案：（1）

（2）0.5；

解析：（1）第一次实验中，设滑块滑到滑槽末端时的速度为，通过第一次实验测量有，联立解得。
（2）第二次实验中，设滑块滑到M点的速度为，通过第二次实验测量有，解得，从N到M过程中，根据功能关系有，联立解得。滑块在滑槽上滑动期间重力做功，滑块到达滑槽末端的动能，故滑块在滑槽上滑动期间克服阻力做的功与重力做功之比等于。

10.答案：（1）

（2）

（3）变大；不变

解析：（1）滑块在拉力F作用下做匀加速运动，通过距离L获得一定的速度，由瞬时速度定义求出，所以；
（2）若滑块及传感器的质量为m，对滑块根据牛顿第二定律有：，联立步骤（1）中的表达式有：；
（3）根据实验步骤，当改变拉力时，加速度也将变化，列出其表达式为，所以有，则图像是一条直线，结合图像斜率和截距有：，所以。那么当m增大时，b变大，c不变。

11.答案：（1）2.75

（2）如图所示
 

（3）

（4）0.40

解析：（1）由图可知弹簧秤的读数为2.75 N。

（2）画图线时应使尽可能多的点落在线上，不在线上的点应均匀分布在线的两侧。

（3）以木块和砝码为研究对象，整体水平方向受木板的滑动摩擦力和细线的拉力，，整理得，故图线的斜率。
（4）由图知，故。

12.答案：（1）偶然（2）B（3）=;D

解析：（1）步骤③可以减小测量距离时读数不准确造成的误差，该误差是人为因素引起的，因此该误差属于偶然误差。（2）假设斜面的倾角为θ，间距离为，两点间的距离为，对小物块由A到C的过程由动能定理得，则，解得，对比图象可知B正确，ACD错误。（3）由可知；对小物块在斜面上运动的过程，由动能定理得，由于两次下落的高度相同，则重力做的功相同，斜面的倾角θ越大，两点间的水平间距越小，摩擦力做的功越小，小物块滑到B点的速度越大，即过程Ⅱ的最大速度更大，由于，物块在水平面的加速度大小相同，所以过程Ⅱ的时间较短，由以上分析可知D正确，ABC错误。