实验三、求解动摩擦因素(解析版)

这是一份实验三、求解动摩擦因素(解析版)，共21页。试卷主要包含了利用力的平衡求解摩擦因素，利用牛顿第二定律测动摩擦因数，利用动能定理测动摩擦因素等内容，欢迎下载使用。
实验三、求解动摩擦因素一、利用力的平衡求解摩擦因素   20．（2022·山西·太原五中二模）某同学用如图所示的装置测量滑块与长木板间的动摩擦因数，将长木板水平固定在桌面上，调节长木板左端定滑轮的高度及力传感器固定在竖直墙上的位置，使滑块上的动滑轮两边的细线均与长木板平行。打点计时器所接交流电的频率为50Hz，重力加速度为g。 （1）调节砂桶中砂的质量，轻推物块。如果打点计时器打出的纸带上的点间隔逐渐变小，应适当___________（填“增大”或“减小”）砂桶中砂的质量，直到打点计时器打出的纸带上的点间隔均匀，这时力传感器的示数为，滑块及滑块上动滑轮的质量为M，则滑块与长木板间的动摩擦因数μ=___________。 （2）用该装置验证牛顿第二定律。加大砂和砂桶的质量，释放滑块，打点计时器打出的纸带如图乙所示，图中各点为计数点，每相邻两计数点之间还有4个点（图中未标出），根据图中数据计算出滑块运动的加速度大小a=___________（结果保留两位有效数字）。若这时力传感器的示数为F，则表达式___________（用F、、M及a表示）成立，则牛顿第二定律得到验证。 
21．（2022·广东·模拟预测）某物理兴趣小组的同学在研究弹簧弹力的时候，测得弹力的大小F和弹簧长度l的关系如图甲所示，则由图线可知： （1）弹簧的劲度系数为___________ N/m；（2）为了用弹簧测定两木块A和B间的动摩擦因数μ，两位同学分别设计了如图所示的甲、乙两种方案。①为了用某一弹簧测力计的示数表示A和B之间的滑动摩擦力的大小，你认为方案_________更合理；②若A和B的重力分别为10.0 N和20.0 N。当A被拉动时，弹簧测力计a的示数为6.0 N，b的示数为11.0 N，c的示数为4.0 N，则A和B间的动摩擦因数为__________。
22．（2018·全国·高考真题）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测力计相连，滑轮和木块之间的细线保持水平，在木块上放置砝码。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，弹簧测力计的示数即为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f4的值从图b中弹簧测力计的示数读出。砝码的质量m/kg0.050.100.150.200.25滑动摩擦力f/N2.152.362.55f42.93 回答下列问题：（1）f4=______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、木板和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f=______，图线(直线)的斜率的表达式k=______。（4）取g=9.80m/s2，由绘出的图线求得μ=______。（保留两位有效数字）二、利用牛顿第二定律测动摩擦因数 23．（2011·山东·高考真题）某探究小组设计了“用一把尺子测定动摩擦因数”的实验方案。如图所示，将一个小球和一个滑块用细绳连接，跨在斜面上端。开始时小球和滑块均静止，剪断细绳后，小球自由下落，滑块沿斜面下滑，可先后听到小球落地和滑块撞击挡板的声音，保持小球和滑块释放的位置不变，调整挡板位置，重复以上操作，直到能同时听到小球落地和滑块撞击挡板的声音。用刻度尺测出小球下落的高度H、滑块释放点与挡板处的高度差h和沿斜面运动的位移x。（空气阻力对本实验的影响可以忽略）①滑块沿斜面运动的加速度与重力加速度的比值为 ________ ；②滑块与斜面间的动摩擦因数为 __________________ ；③以下能引起实验误差的是 ________ 。a．滑块的质量     b．当地重力加速度的大小     c．长度测量时的读数误差     d．小球落地和滑块撞击挡板不同时
24．（2022·广东·模拟预测）如图所示，为探究“质量一定时，物体的加速度与所受合外力的关系”的实验装置。某同学的实验步骤如下：①用天平测量并记录滑块和拉力传感器的总质量M；②调整长木板和滑轮，使长木板水平，细线与长木板平行；③在托盘中放入适当的砝码，接通电源，释放滑块，记录拉力传感器的读数F，根据相对应的纸带，求出滑块的加速度a；④多次改变托盘中砝码的质量，重复步骤③。请按要求回答下列问题：（1）图是该同学实验得到的一条纸带（两计数点间还有四个点没有画出），已知打点计时器用的是频率为50Hz的________（选填“直流电”或“交流电”），根据纸带求出滑块的加速度大小为________m/s2（结果保留三位有效数字）；（2）该同学由实验得到的数据，画出如图所示的F－a图线，图线不通过原点的原因是________；（3）该实验还可测量滑块与长木板之间的动摩擦因数，其值可用M、F0、g表示为μ＝________（其中M为滑块和拉力传感器的总质量，F0为图中的纵截距，g为重力加速度），与真实值相比，测得的动摩擦因数________（选填“偏大”或“偏小”）。
25．（2022·山东潍坊·三模）如图甲所示，某实验小组利用验证牛顿第二定律的实验装置测定物块与木板之间的动摩擦因数，实验装置固定连接完毕后，调节木板及物块右侧两段细绳水平，初步试用各个器件工作正常。实验开始时在沙桶中放入适量的细沙，系统开始工作，滑块做加速运动，打出的纸带如图乙所示，已知所用交流电源频率为，重力加速度大小为g。 （1）除图中所给的实验器材外，以下器材还必需选用的有_______；A．天平                 B．刻度尺               C．秒表                  D．干电池（2）已读出弹簧测力计的示数为F，为进一步测量动摩擦因数，下列物理量中还需测量的有_________；A．木板的长度L          B．物块的质量m          C．沙桶的质量M          D．物块的运动时间t（3）图乙中给出了实验中获取的纸带的一部分数据，0、1、2、3、4、5是计数点，每相邻两计数点间还有4个打点（图中未标出），计数点间的距离如图2所示。则打下计数点2时物块对应的速度大小____；本次实验物块对应的加速度大小_______；（结果保留三位有效数字）（4）改变沙桶内细沙的质量，测量出对应的加速度a和弹簧测力计的示数F。若用图像法处理数据，得到了如图丙所示的一条倾斜的直线，如果该图线的横轴截距的大小等于b，斜率的大小为k。则动摩擦因数_______（用题目中给的b、k、g表示）。
26．（2022·河北·模拟预测）某同学用如图甲所示装置测量滑块与长木板间的动摩擦因数。长木板放在水平桌面上，滑块放在长木板上，滑块拖着穿过打点计时器的纸带，绕过定滑轮的细线一端连接滑块，一端吊着砝码盘，调节滑轮的高度，使连接滑块的细线与长木板平行。打点计时器接频率为f＝50Hz的交流电，重力加速度为。 （1）某次实验打出的一条纸带如图乙所示，可求得滑块的加速度大小为______。（2）改变砝码盘中砝码的质量（每次保证砝码盘和砝码的总质量m远小于滑块质量M），多次测量，记录数据，若以小车的加速度a为纵坐标，以砝码盘和砝码的总重mg为横坐标，结果得到图丙所示的a－mg图像，由图像可知，小车受到的摩擦阻力f＝______N，滑块与长木板间的动摩擦因数______。（3）对于图丙，小王同学认为由于图线未过坐标原点，所以不能说明加速度与合外力成正比。小李同学认为虽然图线未过坐标原点，也能说明加速度与合外力成正比。你认可哪位同学的想法，并简要说明理由：______。   三、利用动能定理测动摩擦因素  27．难（2022·广西柳州·模拟预测）为测量滑块与长木板间的动摩擦因数μ，某同学将长木板左端P点放在水平桌面边缘，右端Q点搭在铁架台上，构成一个斜面，斜面底端P点处安放一个光电门。实验步骤如下：①用游标卡尺测出滑块上遮光条的宽度d；用刻度尺量出P点到Q点的水平距离L，以及Q点到水平桌面的高度H；②让滑块从Q点静止开始沿长木板下滑，光电门计时器读出遮光条的挡光时间t；③保持水平距离L不变，重新调节Q点的位置，改变Q点到水平桌面的高度H，重复步骤②回答下列问题：（1）用游标卡尺测出滑块上遮光条的宽度d如图乙所示，则___________cm；（2）滑块通过光电门时的速度___________（用题中所给的字母表示）；（3）实验中___________（填“需要”或“不需要”）测量滑块的质量；（4）根据多次实验记录的H和t数据作出图像如图丙所示，滑块与长木板间的动摩擦因数___________，重力加速度大小___________（用题中所给的字母及图丙上数据a、b、c表示）。28．（2013·全国·高考真题）测量小物块Q与平板P之间的动摩擦因数的实验装置如图所示．AB是半径足够大的、光滑的四分之一圆弧轨道，与水平固定放置的P板的上表面BC在B点相切，C点在水平地面的垂直投影为C′．重力加速度为g．实验步骤如下：①用天平称出物块Q的质量m；②测量出轨道AB的半径R、BC的长度L和 的高度h；③将物块Q在A点由静止释放，在物块Q落地处标记其落地点D； ；④重复步骤③，共做10次；⑤将10个落地点用一个尽量小的圆围住，用米尺测量圆心到C′的距离s．（1）用实验中的测量量表示：（ⅰ）物块Q到达B点时的动能EkB＝__________；（ⅱ）物块Q到达C点时的动能EkC＝__________；（ⅲ）在物块Q从B运动到C的过程中，物块Q克服摩擦力做的功Wf＝__________；（ⅳ）物块Q与平板P之间的动摩擦因数μ＝__________．（2）回答下列问题：（ⅰ）实验步骤④⑤的目的是____________．（ii）已知实验测得的μ值比实际值偏大，其原因除了实验中测量量的误差之外，其它的可能是__________________（写出一个可能的原因即可）
29．（2022·江西景德镇·二模）某兴趣小组用如图甲所示的实验装置来测物块与木板间的动摩擦因数。PQ为一块倾斜放置的木板，在木板底端Q处固定一个光电门，光电门与数字计时器相连（图中未画）。实验时通过改变木板倾角θ，使物块（其上固定有宽度为d的遮光条）从O点正上方不同高度h处的斜面上由静止释放，实验中保持OQ间距离L=1m不变，重力加速度g=10m/s2。（设物块与木板间的动摩擦因数处处相同） （1）实验中，不需要测量的物理量有___________。A．遮光条的宽度dB．遮光条的挡光时间tC．物块（带遮光条）的质量mD．物块释放点到地面的高度h（2）该小组根据实验数据，计算得到物体经过光电门的速度v，并作出了如图乙所示的v2-h图像，其图像与横轴的交点为0.20。则物块与木板间的动摩擦因数μ=___________； （3）若更换动摩擦因数更小的木板，重复上述实验并在乙图中画出v2-h图像，其图像的斜率将___________（选填“增大”“减小”或“不变”）。  30．（2021·浙江嘉兴·模拟预测）（1）用如图甲所示装置完成下列学生实验，必须进行阻力补偿的实验是_________； A．探究小车速度随时间变化的规律B．探究加速度与力、质量的关系C．探究做功与物体速度变化的关系（2）在通过调整长木板的倾角来补偿阻力时，正确的操作是_________；A．小车后面安装纸带，前面挂砝码盘B．小车后面安装纸带，前面不挂砝码盘C．小车后面不安装纸带，前面挂砝码盘D．小车后面不安装纸带，前面不挂砝码盘（3）在完成“探究小车速度随时间变化的规律”实验时，得到一条纸带，截取其中一段点迹清晰的进行测量，在纸带上标注了A、B、C、D、E、F、G共7个计数点（每两个点迹标注一个计数点）。已知打点计时器所用电源的频率为，取计数点A对应时刻为0时刻，其中计数点E周边的点迹位置如图乙所示。①将E点对应的速度在答题卷的坐标纸上描出_______（其中B、C、D、F四个点相应的速度已完成描点）。②拟合图线，根据图像可得小车运动的加速度______。（4）在完成“探究加速度与力、质量的关系”实验时，根据测得的多组数据绘制关系图线，如图丙所示，此图线的段明显偏离直线，造成此现象的主要原因可能是__________。A．长木板轨道的倾角过大B．所用小车的质量过大C．小车与长木板轨道之间存在摩擦D．悬挂的砝码盘中所放砝码的总质量过大                                              20．     增大               【详解】(1)[1]如果打点计时器打出的纸带上的点间隔逐渐变小，说明滑块做减速运动，细线的拉力小于滑块所受摩擦力，所以应适当增大砂桶中砂的质量；[2]打点计时器打出的纸带上的点间隔均匀说明滑块做匀速直线运动，有解得(2)[3]计时器的打点间隔为0.02s，依题意，每相邻两计数点之间还有4个点，可知相邻计数点的时间间隔为根据逐差法可得[4]若牛顿第二定律成立，则有联立，可得21．     300     甲     0.30【详解】（1）[1] 由图知，当F0=0时l0=20cm，即弹簧的原长，当F=60 N时l=40cm，则Δl=l-l0=0.2 m由胡克定律得（2）①[2]乙方案：因在拉着物体A运动的过程中，拉A的弹簧测力计在不断地运动，示数可能会变化，读数不准；甲方案：弹簧测力计a是不动的，指针稳定便于读数，故甲方案更合理；②[3]由于弹簧测力计a示数为6.0 N，故A、B间的动摩擦因数22．     2.75     见解析     μ(M＋m)g     μg     0.40【详解】（1）[1]弹簧测力计的指针在2.7 N与2.8 N之间，估读为2.75 N。（2）[2]描点画线注意让尽可能多的点分布在线上，不能分布在线上的点尽可能均匀地分布在线的两侧，作图如图所示（3）[3][4]木块受到的是滑动摩擦力，根据滑动摩擦力的计算式知f=μ(M＋m)g整理可得f=(μg)m＋μMg所以图线的斜率表达式k=μg（4）[5] g取9.80 m/s2，取图线上相距较远的两点求斜率则23．               cd##dc【详解】①[1]由于同时听到小球落地和滑块撞击挡板的声音，说明小球和滑块的运动时间相同，则联立可得②[2]根据几何关系可知则对小滑块由牛顿第二定律且联立可得③[3]由的表达式可知，能引起实验误差的是长度x、h、H测量时的读数误差，同时要注意小球落地和滑块撞击挡板不同时也会造成误差。故选cd。24．     交流电     2.00     未平衡摩擦力##平衡摩擦力不充分          偏大【详解】（1）[1]打点计时器用的是交流电。[2] 利用逐差法处理实验数据可得代入数据可得（2）[3]由图丙可知，当绳子上有拉力时，物体的加速度却为零，由此可知实验之前该同学未平衡摩擦力或平衡摩擦力不充分。 （3）[4]根据牛顿第二定律解得故F-a图线的斜率从纵截距求动摩擦因素[5]由于纸带与限位孔间的摩擦力或空气阻力，使求得的加速度偏小，导致摩擦力偏大，摩擦因数偏大。25．     AB##BA     B     0.264     0.495     【详解】（1）[1]除图中所给的实验器材外，以下器材还必需选用的有刻度尺，用来测量纸带长度；打点计时器本身就是计时仪器，则不需要秒表，也不需要干电池；需要的关系式为则要测量动摩擦因数，则需要天平测量质量。故选AB。 （2）[2]设物块的加速度为a，对物块解得即为进一步测量动摩擦因数，加速度可以由纸带打点求出，则还必须要测量物块的质量m，故选B。（3）[3][4]打下计数点2时物块对应的速度大小本次实验物块对应的加速度大小 （4）[5]由牛顿第二定律可得即由题意可知解得26．     0.88     1     0.1     认可小李同学的想法，加速度a与合外力仍然成正比【详解】（1）[1]利用逐差法，求得滑块加速度（2）[2][3]由于每次保证砝码盘和砝码的总质量m远小于滑块质量M，则得到结合图像得到M＝1kg，f＝1N则（3）[4]实验过程没有平衡摩擦力，但摩擦力大小一定，虽然图线未过坐标原点，但mg也不是小车受到的合外力，所以图线未过坐标原点不能说明加速度与合外力不成正比，小车受到的合外力是，因此将图像沿x轴负方向平移1N，如图所示，则横坐标是小车受到的合外力，此时图线经过坐标原点，说明加速度与合外力成正比。27．     0.275          不需要          【详解】（1）[1]游标卡尺的读数为（2）[2]滑块通过光电门时间极短，用平均速度表示滑块通过光电门时的速度为（3）[3]下滑过程根据动能定理将代入化简整理得可知滑块的质量被消掉，故实验中不需要测量滑块的质量。（4）[4][5]根据从图像上得出图线的截距为a，则解得滑块与长木板间的动摩擦因数为图像的斜率为解得28．     mgR          mgR－          减小实验结果的误差     圆弧轨道存在摩擦【详解】（1）（ⅰ）［1］从A到B，由动能定理得mgR=EkB-0则物块到达B时的动能EkB=mgR（ⅱ）［2］离开C后，物块做平抛运动，水平方向s=vCt竖直方向h=gt2物块在C点的动能EkC=mvC2解得EkC=（ⅲ）［3］由B到C过程中，由动能定理得-Wf=mvC2-mvB2克服摩擦力做的功Wf=mgR-（ⅳ）［4］B到C过程中，克服摩擦力做的功Wf=μmgL=mgR-则μ=（2）（ⅰ）［5］实验步骤④⑤的目的，是通过多次实验减小实验结果的误差；（ii）［6］实验测得的μ值比实际值偏大，其原因除了实验中测量量的误差之外，其他的可能是圆弧轨道存在摩擦，接缝B处不平滑等．考点：探究影响摩擦力的大小的因素 29．     C     0.2     不变【详解】(1)[1]该实验中计算摩擦因数时，质量可以约去，所以在实验中不需要测量的物理量为物块（带遮光条）的质量m。故选C。(2)[2]根据动能定理解得当时h=0.2m则(3)[3]由得图像斜率为所以若更换动摩擦因数更小的木板，重复上述实验并在乙图中画出图像，其图像的斜率将不变。30．     BC     B          2.5~3.0     D【详解】(1)[1] A．探究小车速度随时间变化的规律只要小车能做匀变速直线运动即可，不需要平衡摩擦力，故A错误；BC．探究加速度与力、质量的关系，小车受重力、拉力、支持力、摩擦力，要使拉力提供合力，则应用重力沿斜面的分力平衡摩擦力，故B正确；C．探究做功与物体速度变化的关系，物体受到的拉力必须等于橡皮筋的弹力，所以需要倾斜木板平衡摩擦力，故C正确；故选BC；(2)[2]由于小车运动过程中，纸带与打点计时器限位孔之间有摩擦力，故平衡摩擦力时，小车后面安装纸带，前面不挂砝码盘，空车平衡摩擦力即可，ACD错误，B正确。故选B；(3)①[3]由匀变速直线运动的平均速度等于中间时刻的瞬时速度可得则E点对应的速度在坐标纸上的位置如图②[4]根据图像可得小车运动的加速度因为计算有误差，所以数值在都可以；(4)[5]实验中认为拉力就是砝码的重力，实际上，拉力不等于砝码重力，则有联立可得所以只有当时，才能认为拉力等于砝码重力，故造成图线的段明显偏离直线的主要原因可能是悬挂的砝码盘中所放砝码的总质量过大，故ABC错误，D正确。故选D。