Question

9．物理小組在一次探究活動(dòng)中測(cè)量滑塊與木板之間的動(dòng)摩擦因數(shù)．實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示，一表面粗糙的木板固定在水平桌面上，一端裝有定滑輪；木板上有一滑塊，其一端與電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶相連，另一端通過(guò)跨過(guò)定滑輪的細(xì)線與托盤(pán)連接．打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的交流電源的頻率為50Hz．開(kāi)始實(shí)驗(yàn)時(shí)，在托盤(pán)中放入適量砝碼，滑塊開(kāi)始做勻加速運(yùn)動(dòng)，在紙帶上打出一系列小點(diǎn)．

（1）如圖2給出的是實(shí)驗(yàn)中獲取的一條紙帶的一部分，0、1、2、3、4、5、6、7是計(jì)數(shù)點(diǎn)，每相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)打點(diǎn)（圖中未標(biāo)出），計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離如圖3所示．根據(jù)圖中數(shù)據(jù)計(jì)算的加速度a=0.497m/s²（保留三位有效數(shù)字）．
（2）回答下列兩個(gè)問(wèn)題：
①為測(cè)量動(dòng)摩擦因數(shù)，下列物理量中還應(yīng)測(cè)量的有CD．（填入所選物理量前的字母）
A．木板的長(zhǎng)度l
B．木板的質(zhì)量m₁
C．滑塊的質(zhì)量m₂
D．托盤(pán)和砝碼的總質(zhì)量m₃
E．滑塊運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t
②測(cè)量①中所選定的物理量時(shí)需要的實(shí)驗(yàn)器材是天平．
（3）滑塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=$\frac{{m}_{3}g-（{m}_{2}+{m}_{3}）a}{{m}_{2}g}$（用被測(cè)物理量的字母表示，重力加速度為g）．與真實(shí)值相比，測(cè)量的動(dòng)摩擦因數(shù)偏大（填“增大”或“偏小”）．寫(xiě)出支持你的看法的一個(gè)論據(jù)：因?yàn)榧垘Ш痛螯c(diǎn)計(jì)時(shí)器還有摩擦，計(jì)算時(shí)忽略掉，導(dǎo)致結(jié)果偏大．
（4）關(guān)于驗(yàn)證牛頓運(yùn)動(dòng)定律的實(shí)驗(yàn)，下列說(shuō)法中符合實(shí)際的是D
A．通過(guò)同時(shí)改變小車的質(zhì)量m及受到的拉力F的研究，能歸納出加速度、力、質(zhì)量三者之間的關(guān)系
B．通過(guò)保持小車質(zhì)量不變，只改變小車的拉力的研究，就可以歸納出加速度、力、質(zhì)量三者之間的關(guān)系
C．通過(guò)保持小車受力不變，只改變小車質(zhì)量的研究，就可以得出加速度、力、質(zhì)量三者之間的關(guān)系
D．先不改變小車質(zhì)量，研究加速度與力的關(guān)系；再不改變力，研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系，最后歸納出加速度、力、質(zhì)量三者之間的關(guān)系
（5）在利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和小車來(lái)做“驗(yàn)證牛頓運(yùn)動(dòng)定律”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，下列說(shuō)法中正確的是BCD
A．平衡摩擦力時(shí)，應(yīng)將砝碼及盤(pán)內(nèi)砝碼通過(guò)定滑輪拴在小車上
B．連接砝碼盤(pán)和小車的細(xì)繩應(yīng)跟長(zhǎng)木板保持平行
C．平衡摩擦力后，長(zhǎng)木板的位置不能移動(dòng)
D．小車釋放前應(yīng)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，且應(yīng)先接通電源再釋放小車．

Answer 1

分析 （1）利用逐差法△x=aT²可以求出物體的加速度大小，根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)中某點(diǎn)的瞬時(shí)速度等于該過(guò)程中的平均速度大小可以求出某點(diǎn)的瞬時(shí)速度大��；
（2）根據(jù)牛頓第二定律有=ma，由此可知需要測(cè)量的物理量．
（3）根據(jù)牛頓第二定律的表達(dá)式，可以求出摩擦系數(shù)的表達(dá)式．
（4）該實(shí)驗(yàn)中變量比較多，因此在進(jìn)行探究時(shí)，采用“控制變量法”即先保持一個(gè)變量不變，看另外兩個(gè)變量之間的關(guān)系．
（5）解決實(shí)驗(yàn)問(wèn)題首先要掌握該實(shí)驗(yàn)原理，了解實(shí)驗(yàn)的操作步驟和數(shù)據(jù)處理以及注意事項(xiàng)．其中平衡摩擦力的原因以及做法在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)當(dāng)清楚．

解答 解：（1）電源頻率為50Hz，每相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)，則計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔：t=0.02×5=0.1s，
由勻變速運(yùn)動(dòng)的推論△x=aT²可知：
加速度a=$\frac{（{x}_{7}+{x}_{6}+{x}_{5}）-（{x}_{4}+{x}_{3}+{x}_{2}）}{9{T}^{2}}$
=$\frac{（0.0437+0.0388+0.0339）-（0.0288+0.024+0.0189）}{9×0．{1}^{2}}$=0.497m/s²
（2）以系統(tǒng)為研究對(duì)象，由牛頓第二定律得：
m₃g-f=（m₂+m₃）a，滑動(dòng)摩擦力：f=m₂gμ，
解得：μ=$\frac{{m}_{3}g-（{m}_{2}+{m}_{3}）a}{{m}_{2}g}$，要測(cè)動(dòng)摩擦因數(shù)μ，
需要測(cè)出：滑塊的質(zhì)量m₂ 與托盤(pán)和砝碼的總質(zhì)量m₃，即用天平測(cè)量；
故選：CD；
（3）由（2）可知，動(dòng)摩擦因數(shù)的表達(dá)式為：μ=$\frac{{m}_{3}g-（{m}_{2}+{m}_{3}）a}{{m}_{2}g}$；
（4）在“探究加速度與力、質(zhì)量”的實(shí)驗(yàn)操作中，采用了“控制變量法”，即先保持一個(gè)變量不變，看另外兩個(gè)變量之間的關(guān)系，具體操作是：先不改變小車質(zhì)量，研究加速度與力的關(guān)系；再不改變小車受力，研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系，最后歸納出加速度、力、質(zhì)量三者間的關(guān)系，故ABC錯(cuò)誤，D正確．
（5）A、平衡摩擦力時(shí)，應(yīng)將繩從小車上拿去，輕輕推動(dòng)小車，使小車沿木板運(yùn)動(dòng)，通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出來(lái)的紙帶判斷小車是否勻速運(yùn)動(dòng)，故A錯(cuò)誤；
B、若連接砝碼盤(pán)和小車的細(xì)繩與長(zhǎng)木板不保持平行，則繩子的拉力分力等于小車的外力，這樣導(dǎo)致誤差增大，故B正確；
C、每次改變小車的質(zhì)量時(shí)，小車的重力沿斜面分力和摩擦力仍能抵消，不需要重新平衡摩擦力，故長(zhǎng)木板的位置不能移動(dòng)，以防摩擦力不再平衡，故C正確；
D、實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)先放開(kāi)小車，再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源，由于小車運(yùn)動(dòng)較快，可能會(huì)使打出來(lái)的點(diǎn)很少，不利于數(shù)據(jù)的采集和處理，同時(shí)要求開(kāi)始小車要靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，故D正確．
故選BCD．
故答案為：（1）0.497m/s²
（2）CD，天平；
（3）$\frac{{m}_{3}g-（{m}_{2}+{m}_{3}）a}{{m}_{2}g}$；偏大，因?yàn)榧垘Ш痛螯c(diǎn)計(jì)時(shí)器還有摩擦，計(jì)算時(shí)忽略掉，導(dǎo)致結(jié)果偏大；
（4）D；
（5）BCD．

點(diǎn)評(píng) 解決實(shí)驗(yàn)問(wèn)題首先要掌握該實(shí)驗(yàn)原理，了解實(shí)驗(yàn)的操作步驟和數(shù)據(jù)處理以及注意事項(xiàng)，同時(shí)要熟練應(yīng)用所學(xué)基本規(guī)律解決實(shí)驗(yàn)問(wèn)題．
“控制變量法”是研究復(fù)雜問(wèn)題的一種有效方法，注意在高中物理中的應(yīng)用．