专题52 测量动摩擦因数实验（原卷版+解析版）-2023届高考物理一轮复习知识点精讲与最新高考题模拟题同步训练

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专题52 测量动摩擦因数实验
第一部分 知识点精讲
一、.力学创新型实验的特点
(1)以基本的力学模型为载体,依托运动学规律和力学定律设计实验.
(2)将实验的基本方法——控制变量法、处理数据的基本方法——图像法、逐差法融入到实验的综合分析之中.
（3）实验器材的等效与替换
（i）.用气垫导轨代替长木板:应调整导轨水平,不必平衡摩擦力.
（ii）.用光电门、频闪相机代替打点计时器.
（iii）.用电子秤或已知质量的钩码等代替弹簧测力计.
2.创新实验题的解法
(1)根据题目情境,提取相应的力学模型,明确实验的理论依据和实验目的,设计实验方案.
(2)进行实验,记录数据,应用原理公式或图像法处理实验数据,结合物体实际受力情况和理论受力情况对结果进行误差分析.
二、近五年高考物理创新实验题的特点
1．源于教材但不拘泥于教材
分析近五年全国卷实验题发现，全部实验题均“源于教材而不拘泥于教材，源于经典实验而发展经典实验”，高度体现了2017年版课程标准提出的“注重体现物理学科本质，培养学生物理学科核心素养”的理念和“科学探究”为主体的实验评价方式。
2．创设情境引导学生设计与创新
实验设计已成为高考题的亮点，这类试题以“某同学”“某小组”为主角创设一个新的实验目的，但深入研究会发现，提供的实验器材和运用的基本原理都是学生熟悉的，只是需要学生深入理解每一个器材的作用、每一个原理的意义，才能完成设计。这类试题要求学生深入理解教材中实验所涉及的每一个知识、方法、原理，并能够在新的实验目的下迁移、重组并应用。
总之，实验题的原理和方法均源于《课程标准》要求的实验，但试题更加注重在新情境下的迁移与应用，在考查基础知识的基础上更加注重创新思维能力的考查。
三、指向深度探究的实验复习的必要性
传统的实验复习，学生大多缺少真实体验探究的机会，教师“说”、学生“背”实验的现象普遍存在，即使做实验，也是学生根据教师提供的实验器材，按照规定的实验步骤进行程式化操作，学生很少经历自主设计实验的机会。纸笔训练和测试成为常见的强化实验复习的主要手段，显然，这样的复习方式不利于学生迁移与应用能力的提高，更不利于学生创新思维能力的培养。
所以，实验复习应该以教材中的实验为抓手，引导学生经历深度探究，亲身体验物理知识的应用价值，进而主动理解知识、掌握方法、形成观念。
四、指向深度探究的实验复习策略
教材中的每一个实验必然是基于观察和实验提出问题、形成猜想和假设(即实验目的)，并进一步设计实验与制订方案(即实验原理)，最后基于证据得出结论并给出解释(实验步骤、数据处理、误差分析)。高三的实验复习中，只有引导学生再次经历探究过程，才能引发学生关于实验设计思想的深度思考，如果在高考中遇见新的实验题目，才能自主完善设计。所以，对待每一个实验，都要引导学生深入研究实验目的、实验原理、综合考虑实验原则来设计思路，完善实验方案。
测定动摩擦因数实验一般结合在“测量做直线运动物体的瞬时速度”“探究加速度与物体受力、物体质量的关系”或“探究平抛运动的特点”等实验中考查。实验的原理是：利用打点计时器等器材测出物体做匀变速运动的加速度，再利用牛顿第二定律计算动摩擦因数，或者利用平衡条件、动能定理或能量守恒定律等计算动摩擦因数。
第二部分 最新高考题精选
1.（5分）（2021高考全国甲卷）为测量小铜块与瓷砖表面间的动摩擦因数，一同学将贴有标尺的瓷砖的一端放在水平桌面上，形成一倾角为α的斜面（已知sinα=0.34，csα=0.94），小铜块可在斜面上加速下滑，如图所示。该同学用手机拍摄小铜块的下滑过程，然后解析视频记录的图像，获得5个连续相等时间间隔（每个时间间隔△T＝0.20s）内小铜块沿斜面下滑的距离Si（i＝1，2，3，4，5），如下表所示。
由表中数据可得，小铜块沿斜面下滑的加速度大小为_______m/s2，小铜块与瓷砖表面间的动摩擦因数为_________。（结果均保留2位有效数字，重力加速度大小取9.80m/s2）
2．（2019全国理综II卷22）（5分）
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．(6分)（2015全国理综II）某学生用图（a）所示的实验装置测量物块与斜面的动摩擦因数。已知打点计时器所用电源的频率为50Hz，物块下滑过程中所得到的只带的一部分如图（b）所示，图中标出了5个连续点之间的距离。
(1) 物块下滑是的加速度a=_______m/s2；打点C点时物块的速度v=_______m/s；
(2) 已知重力加速度大小为g，求出动摩擦因数，还需测量的物理量是（填正确答案标号）
A．物块的质量 B． 斜面的高度 C． 斜面的倾角
K]
第三部分 最新模拟题精选
1. (2022广东江门模拟)某同学利用一根压缩的弹簧来弹开带有遮光片的滑块测量滑块与木板间的动摩擦因数。实验装置如图（a）所示，将木板水平固定在桌面上，弹簧的左端固定在挡板上，右端与滑块刚好接触（但不连接），然后将光电门固定在木板上靠近滑块处。实验步骤如下：
（1）用游标卡尺测量遮光片的宽度d，其示数如图（b）所示，______cm；
（2）将光电门连接计时器，让滑块压缩弹簧至P点（图（a）中未画出），释放后滑块被弹开并沿木板向右滑动，计时器记录遮光片通过光电门的时间，再测量滑块停止时的位置与光电门的距离x，则可用______表示滑块经过光电门时速度的大小；
（3）改变P点的位置，多次重复步骤（2）；
（4）若用图像处理数据，所得图像如图（c）所示，设重力加速度为g，则由图线可得滑块与木板间的动摩擦因素______（用物理量的符号表示）。
2．（6分）（2021江西九校协作体联考）某学习小组利用打点计时器来测量滑块与木板间的动摩擦因数，让滑块仅在摩擦力的作用下在水平木板上减速滑行，纸带连在滑块上，打出的纸带如图所示，图中的A、B、C、D、E为每隔四个点选取的计数点，打点计时器所用交流电源的频率为50Hz，测得相邻计数点间距离标在图中，重力加速度g取10m/s2。
（1）滑块与纸带的 端相连；（填“左”或“右”）
（2）滑块与木板间的动摩擦因数为 。（结果保留三位有效数字）
（3）各步操作均正确的情况下，考虑到纸带与打点计时器限位孔之间也存在摩擦，会导致此实验中动摩擦因数的测量值与真实值相比会 （填“偏大”、“偏小”或“不变”）
3. （2020浙江七彩阳光名校联盟模拟）为了测量木块与长木板之间的动摩擦因数，小周、小钱两位同学分别设计了如下实验：
（1）小周同学先将木块挂到一弹簧上，如甲所示，测出弹簧的长度L1．再将木块放置在水平的长木板上，弹簧的一端连着木块，另一端固定在墙上，如图乙所示。拉动长木板，将其从木块的下方缓缓抽出，在拉动过程中，测得弹簧的长度L2．要测得动摩擦因数，还必须测量的一个物理量为______（写出物理量的名称并用字母表示），由该实验测得动摩擦因数的表达式为μ=______。（用测得的物理量的字母及L1、L2等表示）
（2）小钱同学的设计如图丙所示。他在长木板的一端固定一个定滑轮，将其放置在水平桌面上，木块连着打点计时器上（交流电频率为50Hz）的纸带，用一细绳连接木块，细绳跨过滑轮，另一端挂一钩码。放手后，钩码拉动木块，木块先做匀加速运动，钩码着地后，木块开始做匀减速运动，得到一条纸带，其减速时的纸带上打点情况如图丁所示，则木块减速时的加速度a=______m/s2（结果保留两位有效数字）。若当地重力加速度为g，则乙测得的动摩擦因数的表达式为μ=______。（用相关的物理量的字母表示）
4.（2021河南信阳罗山第二次调研）某课外活动小组通过如图甲所示的实验装置测量滑动摩擦因数．将一木板用垫块垫高形成斜面，在木板底端 QUOTE 处固定一个光电门以测量物体通过该处时的速度，实验时滑块由距地面 QUOTE 高的 QUOTE 处静止释放，测出滑到 QUOTE 点的速度 QUOTE ．改变垫块的数量，从而改变木板的倾斜程度，但始终保持释放点 QUOTE 到 QUOTE 点的水平距离（即 QUOTE 、 QUOTE 间的距离） QUOTE ＝ QUOTE 不变．重复实验，最后做出如图乙所示的 QUOTE 图像，

（1）木板倾斜程度更大时，为了保证 QUOTE 不变，滑块下滑到底端 QUOTE 点的位移将
（填“变大”“变小”或“不变”）
（2）滑块与木板间的动摩擦因数 QUOTE ＝
（3）若所用木板更粗糙些，重复上述实验步骤，得到的图像的斜率将 （填“变大”“变小”或“不变”）
5（6分）(2021湖北宜昌重点高中质检)其研究性学习小组设计实验测量“某品牌的运动鞋鞋底与室内篮球馆木地板之间动摩擦因数的大小”，简要步骤如下：
（1）找来学校球馆的一块长木板固定在水平桌面上，在木板左端固定一光滑小滑轮，右端固定电磁打点计时器；
（2）用塑料袋装一些沙子，塞入鞋中，并测出鞋和沙子的总质量M。接着把鞋子放在长木板上，把一轻质细线的一端固定在鞋子上，使鞋子能够沿细线方向做直线运动，再将细线绕过小滑轮，细线另一端拴一小桶，鞋子连接纸带穿过打点计时器，纸带保持水平。
（3）释放小桶，使鞋子能由静止开始加速运动，打出的纸带如图所示，0、1、2、3、4、5、6为计数点，相邻计数点之间有四个计时点没有画出，用刻度尺测量出两点之间的距离如图所示分别为cm、cm、cm、cm、cm、cm，打点计时器所接交流电频率为Hz，可算出运动的加速度_________（保留两位有效数字）；用天平测出小桶的质量为m，则鞋底与木板之间的动摩擦因数表达式为_________；（用M、m、g、a表示）
6．(本题9分) (2022广东佛山重点高中质检)某研究小组利用如图所示实验器材测量滑块和长木板之间的动摩擦因数。带滑轮的长木板水平放置，力传感器固定在墙上，轻绳分别跨过固定在滑块上和固定在长木板左端的滑轮，一端与力传感器连接，另一端竖直悬挂一沙桶，沙桶距地面足够远。调节两滑轮使轻绳与长木板平行，不计轻绳与各滑轮之间的摩擦。
（1）下列操作或要求必须进行或满足的是___________（填选项前的字母）。
A．用天平测出滑块的质量M
B．用天平测沙和沙桶的总质量m
C．使沙和沙桶的总质量m远小于滑块质量M
D．将长木板右端垫高以平衡摩擦力
E．记录力传感器的示数F
（2）已知打点计时器使用的交流电频率为50 Hz，选取A至G的7个点为计数点，且各计数点间均有4个点没有画出，测得B、C、D、E、F、G各点到A点的距离依次是5.29 cm、11.05 cm、17.30 cm、24.01 cm、31.22 cm、38.92 cm。由此可知滑块下滑的加速度a＝_____________m/s2(结果保留三位有效数字)。
（3）实验时，由纸带上的点求出加速度a。根据（1）中测量的数据，已知当地重力加速度为g，可以得出滑块和长木板间的动摩擦因数的表达式μ=__________。
滑块下滑的加速度a＝7.(2020·湖北襄阳市高三联考)如图10甲所示为测量物块与木板间的动摩擦因数的实验装置，挡光条固定在物块的最前端，光电门固定在木板上，并靠近物块的初始位置，当地的重力加速度为g.
图10
(1)如图乙所示，利用游标卡尺测得的挡光条宽度为________ cm.
(2)调整实验装置，使木板水平，物块被弹射器弹开，在木板上做减速运动．某次测量时发现挡光条通过光电门时，数字计时器记录挡光条的挡光时间为t，测得物块被弹开时挡光条中心与光电门中心的距离为x0，物块停止时光电门中心与挡光条中心的距离为x，挡光条宽度用d表示，物块的质量用m表示，重力加速度为g，则物块与木板间的动摩擦因数μ＝________，弹射器对物块做的功为________．(均用字母表示)
(3)考虑到空气阻力的影响，μ的测量值与真实值相比________(填“偏大”“偏小”或“相等”)．
实验方法
创新思维
实验原理
将研究运动物体转化为研究静止物体
利用F弹＝Ff＝μFN求μ
让物块先做加速直线运动，当重物掉到地面上之后物块做匀减速直线运动
匀减速运动中，利用逐差法求加速度，利用F＝μmg＝ma进一步求μ
将动摩擦因数的测量转化为角度的测量
利用a＝gsin θ－μgcs θ求μ(a通过逐差法求解)
将动摩擦因数的测量转化为加速度的测量
利用vB2－vA2＝2as和动力学知识得到μ＝eq \f(mg－m＋Ma,Mg)
将动摩擦因数转化为速度的测量，并营造多过程切入水平滑动情景
A→B过程中，机械能守恒；C→D过程中，物块Q做平抛运动；B→C过程中，对物块Q只有摩擦力做功，利用Wf＝EkC－EkB，进一步求μ
S1
S 2
S 3
S 4
S 5
5.87cn
7.58cm
9.31cm
11.02cm
12.74cm