问题 问答题

有两个物理兴趣小组在一次探究活动中,想测量滑块和长木板之间的动摩擦因数.

(1)第一小组:利用平衡条件来测量动摩擦因数.

该小组同学设计了两种实验方案:

方案A:长木板固定,用弹簧秤拉动木块,如图甲所示;

方案B:木块通过弹簧秤连接到墙壁,用手拉动木板,如图乙所示.

①上述两种方案中,你认为更合理的方案是______(填“A”或“B”),原因是______;

②该实验中应测量的物理量是______,滑块和长木板之间的动摩擦因数μ=______.

(2)第二小组:利用牛顿第二定律来测量动摩擦因数.

实验装置如图丙所示,一端装有定滑轮的、表面粗糙的长木板固定在水平实验台上,长木板上有一滑块,滑块右侧固定一轻小动滑轮,钩码和弹簧测力计通过绕在滑轮上的水平轻绳相连,放开钩码,滑块在长木板上做匀加速直线运动.

实验时滑块加速运动,读出弹簧测力计的示数F′,处理纸带,得到滑块运动的加速度a;改变钩码个数,重复实验;以弹簧测力计的示数F′为纵轴,加速度a为横轴,得到的图象是纵轴截距大小等于b的一条倾斜直线,如图丁所示.已知滑块和轻小动滑轮的总质量为m,重力加速度为g,忽略滑轮与轻绳之间的摩擦.则滑块和长木板之间的动摩擦因数μ=______.

答案

(1)①比较两种实验方案的操作过程可以看出,方案A中物体在弹簧测力计作用下很难控制它一直做匀速直线运动,弹簧秤的示数不稳定,而方案B中拉动的是木板,木板运动的速度不影响摩擦力的大小,稳定时弹簧测力计与木块相对于地静止,此时读数更准确.所以,更合理的方案是B.

②实验过程中,木块处于平衡状态,由平衡条件得:f=F,滑动摩擦力f=μG,则动摩擦因数μ=

F
G
,实验需要测量:木块重力G,弹簧测力计示数F.

(2)滑块受到的拉力T为弹簧秤示数的两倍,即:T=2F,

滑块受到的摩擦力为:f=μmg,

由牛顿第二定律可得:T-f=ma,

解得力F与加速度a的函数关系式为:F=

m
2
a+
μmg
2

由图象所给信息可得:b=

μmg
2

解得:μ=

2b
mg

故答案为:(1)①B;实验时不需要控制木块做匀速直线运动,弹簧测力计静止,方便读数;②木块重力G,弹簧测力计示数F;

F
G
;(2)
2b
mg

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