【物理】2020二轮复习实验与研究精解集汇测定动摩擦因数（解析版）

【物理】2020二轮复习实验与研究精解集汇测定动摩擦因数（解析版）

测定动摩擦因数 ‎1、光电门是一种可以测量物体瞬时速度的器材,它利用的基本原理是:极短时间内的平均速度大小可以近似认为是该时刻的瞬时速度大小。如图甲所示,某同学利用光电门测量滑块与导轨之间的动摩擦因数,该同学首先用游标卡尺对滑块上遮光片的宽度进行测量,然后将导轨的一端适当垫高,使导轨平面与水平面间的夹角为θ,安装好光电门,测出两光电门之间的距离l,给光电门接通电源,再让滑块从导轨高的一端自由滑下,滑块先后经过两光电门时,光电门1的计时器上显示0.032s,光电门2的计时器上显示0.017s。‎ ‎(1)由图乙可知遮光片的宽度为__________cm。‎ ‎(2)该同学利用测量的数据计算出滑块经过光电门1时的速率为___________m/s(结果保留三位有效数字)。‎ ‎(3)若滑块经过光电门1、2时的速度大小分别为,用可以将滑块与导轨间的动摩擦因数表示为____________。‎ ‎2、如图（a），某同学设计了测量铁块与木板间动摩擦因数的实验。所用器材有：铁架台、长木板、铁块、米尺、电磁打点计时器、频率50Hz的交流电源，纸带等。回答下列问题：‎ ‎（1）铁块与木板间动摩擦因数μ= （用木板与水平面的夹角θ、重力加速度g和铁块下滑的加速度a表示）‎ ‎（2）某次实验时，调整木板与水平面的夹角θ=30°‎ ‎。接通电源。开启打点计时器，释放铁块，铁块从静止开始沿木板滑下。多次重复后选择点迹清晰的一条纸带，如图（b）所示。图中的点为计数点（每两个相邻的计数点间还有4个点未画出）。重力加速度为9.8 m/s2。可以计算出铁块与木板间的动摩擦因数为_____（结果保留2位小数）。‎ ‎3、现要测量滑块与木板之间的动摩擦因数,实验装置如图甲所示。表面粗糙的木板一端固定在水平桌面上,另一端抬起一定高度构成斜面;木板上有一滑块,其后端与穿过打点计时器的纸带相连;打点计时器固定在木板上,连接频率为50Hz的交流电源。接通电源后,从静止释放滑块,滑块带动纸带打出一系列的点迹。‎ ‎(1)图乙给出的是实验中获取的一条纸带的一部分:0、1、2、3、4、5、6是实验中选取的计数点,每相邻两计数点间还有4个点(图中未标出),2、3和5、6计数点间的距离如图乙所示,由图中数据求出滑块的加速度__________ (结果保留三位有效数字)。 (2)已知木板的长度为L,为了求出滑块与木板间的动摩擦因数,还应测量的物理量是(    ) A.滑块到达斜面底端的速度v B.滑块的质量m C.滑块的运动时间t D.斜面高度h和底边长度x ‎(3)设重力加速度为g,滑块与木板间的动摩擦因数的表达式__________(用所需测物理量的字母表示)。‎ ‎4、某探究学习小组用如图所示的方案测滑块与木板间的动摩擦因数.在实验桌上固定一倾斜木板,在木板上距木板底端挡板一定距离处放置一小滑块,系住小滑块的轻质细线跨过光滑的定滑轮后系住一小球,整个系统处于静止状态.剪断细线后,小滑块沿木板向下运动与挡板相碰,小球自由下落与地面相碰,先后听到两次碰撞的声音.反复调节滑块的位置,直到只听到一次碰撞的声音.测得此情况下小滑块距挡板的距离x=0.5m,距桌面的高度h=0.3m,小球下落的高度H=1.25m,g取10m/s2,不考虑空气的阻力.则:‎ ‎1.小滑块与挡板碰撞前瞬间的速度大小为__________m/s; 2.滑块与木板间动摩擦因数的表达式为__________(用所给物理量的符号表示),代入数据得μ=__________.‎ ‎5、某同学用如图甲所示装置测量木板与水平轨道间的动摩擦因数。木板上固定两个完全相同的遮光条M、N,用不可伸长的细线将木板通过两个滑轮与弹簧测力计A和质量为m0的重物B相连,重力加速度为g,滑轮质量、摩擦不计。‎ ‎1.用游标卡尺测量遮光条的宽度d,如图乙所示,则遮光条的宽度d=__________cm。‎ ‎2.本实验中先测出木板、遮光条的总质量m,两遮光条间的距离L,实验过程中弹簧测力计示数为F,遮光条N、M先后经过光电门的时间为t1、t2‎ ‎,则遮光条N、M通过光电门时的速度分别为__________、__________,木板与水平轨道间的动摩擦因数μ=_____________。(本小题各问用题中所给符号表示)‎ ‎6、甲、乙两同学均设计了测动摩擦因数的实验.已知重力加速度为g.‎ ‎ (1)甲同学所设计的实验装置如图甲所示.其中A为一质量为M长直木板,为木板上放置的质量为m的物块,C为物块右端连接的一轻质弹簧测力计.实验时用力将A从B的下方抽出,通过C的读数即可测出动摩擦因数.则该设计能测出__________(填“A与B”或“A与地面”)之间的动摩擦因数,其表达式为_______________. (2)乙同学的设计如图乙所示.他在一端带有定滑轮的长木板上固定有两个光电门,与光电门相连的计时器可以显示带有遮光片的物块在其间的运动时间,与跨过定滑轮的轻质细绳相连的轻质测力计能显示挂钩处所受的拉力.实验时,多次改变砂桶中砂的质量,每次都让物块从靠近光电门A处由静止开始运动,读出多组测力计示数F及对应的物块在两光电门之间的运动时间t.在坐标系中作出的图线如图丙所示,图线的斜率为k,与纵轴的截距为b,与横轴的截距为c.因乙同学不能测出小车质量,故该同学还应该测出的物理量为___________.根据该测量物理量及图线信息可知物块与木板之间的动摩擦因数表达式为_________________.‎ ‎7、某同学尝试测量一小滑块和长度为0.5m的木板间的动摩擦因数μ。首先,他把半径为R的四分之一圆弧轨道固定在水平桌面上,如图甲所示,将小滑块从A端由静止释放,小滑块落在地面上某点(不反弹),测出轨道B端离地面的高度端到小滑块的落点的水平距离。然后,他把圆弧轨道和木板连接并固定在桌面上,将小滑块仍然从A 端由静止释放,最后的落点到C端的水平距离为,如图乙所示。已知重力加速度大小为g。回答下列问题。‎ ‎(1)图甲中,小滑块到达轨道B端时的速率为___________。(用表示)‎ ‎(2)若测出、、,则__________。‎ ‎(3)下列说法正确的是( )‎ A.桌面必须保持水平 B.实验中圆弧轨道AB必须是光滑的 C.让小滑块从A端释放多次,得到平均落点,能减小实验误差 D.若R太小,小滑块不能从木板BC右端滑下,则不能利用该装置求出μ ‎8、利用如图（a）所示的实验装置可以测量滑块与水平桌面之间的动摩擦因数・将弹簧放置在水平桌面上，左端固定，右端在O点，此时弹簧为原长：在O点右侧的A、B位置各安装一个光电门．让带有遮光片的滑块压缩弹簧到某位置C（滑块与弹簧未拴接）由静止释放滑块，与两个光电门都相连的计时器可以显示出遮光片从A至B所用的时间．改变光电门B的位置进行多次测量，每次都使滑块从同一位置由C静止释放，并用米尺测量A，B之间的距高且记下連光片从A到“B所用时间t值 ‎ ‎ ‎（1）由实验数据描绘的，图线如图（b）所示，可得出滑块与水平桌面之间的动摩擦因数＝_____（重力加速度大小g＝9．8m／s2，保留2位有效数字）‎ ‎（2）保持光电门B的位置不变，改变光电门A的位置，重复上述实验图（c）中作出的图线可能正确的是_______。‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ 答案以及解析 ‎1答案及解析：‎ 答案：(1)2.970 (2)0.928 (3)‎ 解析：(1)游标卡尺的主尺读数为29mm,游标尺分度值为0.05mm,读数为0.05×14mm=0.70mm,故最终读数为29.70mm=2.970cm。‎ ‎(2)根据极短时间内的平均速度等于瞬时速度知,滑块经过光电门1的速率为。‎ ‎(3)根据速度位移公式得,解得,根据牛顿第二定律得,则动摩擦因数。‎ ‎ ‎ ‎2答案及解析：‎ 答案：‎ ‎1. ; 2.0.35 解析：（1）由mgsinθ-μmgcosθ=ma，解得：μ=……①‎ ‎（2）由逐差法a= 得：SII=（76.39-31.83）×10-2m，T=0.15s，SI=（31.83-5.00）×10-2m，故a= m/s2=1.97 m/s2，代入①式，得：μ= =0.35‎ ‎ ‎ ‎3答案及解析：‎ 答案：(1)2.51; (2)D; (3)‎ 解析：(1)根据逐差法。 (2)设斜面倾角为θ,根据,要想求出θ的正弦和余弦,需要知道斜面的高度h和底边长度x,选项D正确。 (3)根据,解得。‎ ‎ ‎ ‎4答案及解析：‎ 答案：1.2; 2. ;0.25‎ 解析：1.小球做自由落体运动,则有,得.滑块沿木板向下做匀加速运动,运动时间与小球自由下落时间相等,则有,联立以上两式,得,由,解得 2.设木板的倾角为,根据牛顿第二定律得,由题图可得,联立解得,代入数据解得 ‎ ‎ ‎5答案及解析：‎ 答案：1.0.155; 2. ;;‎ 解析：1.游标卡尺的读数先读出主尺的刻度数:1mm,游标尺的刻度第10个刻度与上边的刻度对齐,所以游标读数为:0.05×10=0.50mm,总读数为:1mm+0.50mm=1.50mm=0.150cm。 2.遮光条N通过光电门时的速度为: ,遮光条M通过光电门时的速度为: ,‎ 根据动能定理: ,联立以上解得: ‎ ‎ ‎ ‎6答案及解析：‎ 答案：(1) A与B; (2)光电门之间的距离x;‎ 解析：(1)A相对B运动过程中,间的滑动摩擦力不变,当弹簧测力计示数稳定时,物块B处于平衡状态,故有,故A与B之间的动摩擦因数. (2)小车由静止开始做匀加速运动,位移,对小车,根据牛顿第二定律有,故有,故图线的斜率为,与纵轴的截距为,因小车质量M未知,故还应该测出光电门之间的距离x,则物块与木板之间的动摩擦因数(由于,故亦可).‎ ‎ ‎ ‎7答案及解析：‎ 答案：(1) (2)0.36 (3)AC 解析：(1)小滑块离开B点后做平抛运动,则,,解得。‎ ‎(2)同理,小滑块从木板B端滑到C端,依据功能关系有,解得。‎ ‎(3)只有桌面保持水平,小滑块在空中才会做平抛运动,才能求得;即使圆弧轨道不光滑,也不影响依据平抛运动求得的正确性;当R太小时,小滑块最终将停在木板上某位置,量出该点到B点距离,依据功能关系同样能求出μ。‎ ‎ ‎ ‎8答案及解析：‎ 答案： (1). 0.30(0.29-0.31) (2). AC 解析：(1)由匀变速直线运动的位移公式得：，变形得：，由图象得：，由牛顿第二定律得：，联立解得：；‎ ‎(2)改变A光电门的位置，即可改变滑块在两光电门间的初速度，由匀变速直线运动的位移公式得：，变形得：，若A光电门移到C点，则初速度为零 ‎ ，若光电门在C点的右边，则初速度不为零 ，由数学知识可知，应选：AC。‎ ‎ ‎