高考物理 第三章 牛顿运动定律专家专题讲座 【更多资料关注微博@高中学习资料库 】.doc

【创新方案】2014年高考物理一轮复习专家专题讲座：第三章 牛顿运动定律 测定动摩擦因数的方案 滑动摩擦力是高考常考的作用力之一，其公式Ff＝μFN中的动摩擦因数是表示接触面粗糙程度的重要物理量，在近年高考中，测量动摩擦因数的创新实验逐渐增多，针对这种新情况对常见的一些测量方案设计如下。 方案1：将研究运动物体转化为研究静止物体 当两个物体间存在相对滑动，且有一个物体处于静止或匀速直线运动状态时，可应用平衡条件求出摩擦力的大小和正压力的大小，从而求出动摩擦因数。研究物体匀速运动的常规方法，很难实现物体匀速运动，实验误差较大，可采用将其转化为研究静止物体的方法提高实验效果。 [典例1]　某同学在做测定木板与木块间动摩擦因数的实验时，设计了两种实验方案： 图1 方案A：木板固定，用弹簧测力计拉动木块，如图1(a)所示； 方案B：木块固定，用手拉动木板，如图1(b)所示。 除了实验必需的弹簧测力计、木板、木块、细线外，该同学还准备了质量为200 g的配重若干个。(g＝10 m/s2) (1)上述两种方案中，你认为更合理的方案是________，原因是________________________________________________________________________； (2)该实验中应测量的物理量是__________； (3)该同学在木块上加放配重，改变木块对木板的正压力，记录了5组实验数据，如下表所示： 实验次数 1 2 3 4 5 配重(个数) 0 1 2 3 4 弹簧测力计读数/N 0.50 1.00 1.50 1.80 2.50 木块重/N 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 请根据上述数据画出木块所受摩擦力和压力的关系图象；由图象可求出木板和木块间动摩擦因数是__________。 [解析]　(1)方案B较好，因为实验结果不受木板如何运动的限制，且弹簧测力计是静止的，较易读数。 (2)由木块受力平衡得F弹＝Ff，故该实验中应测量的物理量是木块的重力、每次拉木板时弹簧的弹力。 (3)根据表中数据画出木块所受摩擦力和压力的关系图象如图所示，由图象可求出木板和木块间动摩擦因数是μ＝0.25。 [答案]　见解析 方案2：将摩擦力的直接测量转化为运动距离的测量 摩擦力总是发生在两个相对运动的物体之间，要直接测量摩擦力的大小，往往有一定的困难。但根据能量关系可以转化为运动距离来进行测量。 [典例2]　(2012·江苏高考)为测定木块与桌面之间的动摩擦因数，小亮设计了如图2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稳定后静止释放，A最终滑到Q点。分别测量OP、OQ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。 图2 (1)实验开始时，发现A释放后会撞到滑轮，请提出两个解决方法。 (2)请根据下表的实验数据作出s－h关系的图象。 h(cm) 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 s(cm) 19.5 28.5 39.0 48.0 56.5 图3 (3)实验测得A、B的质量分别为m＝0.40 kg、M＝0.50 kg。根据s－h图象可计算出A木块与桌面间的动摩擦因数μ＝________。(结果保留一位有效数字) (4)实验中，滑轮轴的摩擦会导致μ的测量结果________(选填“偏大”或“偏小”)。 [解析]　(1)木块A撞到滑轮是因为木块A运动到滑轮位置时速度不为零，若使A不撞到滑轮应减小绳子的拉力，即减小B的质量；或增加细线的长度使木块A的初始位置远离滑轮。 (2)利用描点作图法画出s－h的图象，图象如图所示。 (3)在B下落h的过程中，对系统利用动能定理得Mgh－μmgh＝(M＋m)v2，B落地后以木块A为研究对象，有－μmgs＝0－mv2，代入已知数据M＝0.5 kg，m＝0.4 kg，解得s＝h，其图象的斜率k＝，由s－h图象解得直线的斜率k＝，联立解得木块与桌面间的动摩擦因数μ＝0.4。 (4)由于滑轮轴有摩擦，所以(3)中表示出的摩擦力μmg实际是A与桌面的摩擦力加上滑轮轴的摩擦力，即μmg＝μAmg＋f轴μAmg，所以滑轮的摩擦会导致μ的测量结果偏大。 [答案]　(1)减小B的质量；增加细线的长度(或增大A的质量；降低B的起始高度) (2)图见解析 (3)0.4　(4)偏大 方案3：将动摩擦因数的测量转化为角度的测量 图4 如图4所示，小滑块从斜面顶点A由静止滑至水平部分C点而停止。已知斜面高为h，滑块运动的整个水平距离为x，设转角B处无动能损失，斜面和水平部分与小滑块的动摩擦因数相同，则可求得动摩擦因数μ＝＝tan θ。 从计算结果可以看出，只要测出θ角，即可计算出动摩擦因数。 [典例3