Question

2．某物理興趣小組在一次探究活動中，要測量滑塊與木板之間的動摩擦因數(shù)．實驗裝置如圖1所示，一表面粗糙的木板固定在水平桌面上，右端裝有定滑輪；木板上有一滑塊，其左端與穿過電磁打點計時器的紙帶相連，右端通過跨過定滑輪的細線與托盤連接，打點計時器使用的交流電源頻率為50Hz，開始實驗時，在托盤中放入適量砝碼，滑塊開始做勻加速直線運動，在紙帶上打出一系列點．

（1）如圖2給出的是實驗中獲取紙帶的一部分：0、1、2、3、4、5、6是計數(shù)點，每相鄰兩計數(shù)點間還有4個打點（圖中未標出），用刻度尺測量出計數(shù)點間的距離如圖所示．根據(jù)圖中數(shù)據(jù)計算的加速度a=0.497m/s²（保留三位有效數(shù)字）．
（2）請回答下列兩個問題：
①為了測量滑塊與木板之間的動摩擦因數(shù)，還需測量的物理量是CD（填寫字母代號）
A．木板的長度L             B．木板的質量m₁          C．滑塊的質量m₂
D．托盤和砝碼的總質量m₃    E．滑塊的運動時間t
②欲測量①中所選定的物理量，所需要的實驗器材是天平．
（3）實驗時，用托盤和砝碼的總重力來代替細繩對滑塊的拉力，則滑塊與木板之間的動摩擦因數(shù)μ=$\frac{{m}_{3}g-{m}_{2}a}{{m}_{2}g}$（用L、g、a、m₁、m₂、m₃、t中所需字母表示）．與真實值相比，測量的動摩擦因數(shù)偏大（填“偏大”或“偏小”）．

Answer 1

分析 （1）紙帶法實驗中，若紙帶勻變速直線運動，測得紙帶上的點間距，利用勻變速直線運動的推論△x=aT²，可計算出打出某點時紙帶運動加速度；
（2）根據(jù)牛頓第二定律，寫出滑動摩擦因數(shù)的表達式，即可知道需要測量的物理量；
（3）對木塊受力分析，根據(jù)牛頓第二定律列方程，可求出滑動摩擦因數(shù)的表達式，由于木塊滑動過程中受到空氣阻力，因此會導致測量的動摩擦因數(shù)偏大．

解答 解：（1）每相鄰兩計數(shù)點間還有4個打點，說明相鄰的計數(shù)點時間間隔為0.1s，利用勻變速直線運動的推論△x=at²，即逐差法可以求物體的加速度大�。�
a=$\frac{{a}_{1}+{a}_{2}+{a}_{3}}{3}$=$\frac{（{s}_{4}+{s}_{5}+{s}_{6}）-（{s}_{1}+{s}_{2}+{s}_{3}）}{9{T}^{2}}$=0.497m/s²
故答案為：0.497m/s²．
（2）①設托盤和砝碼質量為m₃，滑塊的質量m₂ ，摩擦因數(shù)為μ，則摩擦力為f=m₂gμ
根據(jù)牛頓第二定律有：m₃g-m₂gμ=（m₃+m₂）a，由此可知出根據(jù)逐差法求出的加速度之外，還需要測量托盤和砝碼質量為m₃，滑塊的質量m₂ ，故ABE錯誤，CD正確．
故選CD． 
②根據(jù)①問分析可知在測量質量的時候需要用到的儀器是天平．
故答案為：天平．
（3）根據(jù)牛頓第二定律有：m₃g-m₂gμ=m₂a，故解得：
μ=$\frac{{m}_{3}g-{m}_{2}a}{{m}_{2}g}$，
由于根據(jù)牛頓第二定律列方程的過程中，即考慮了木塊和木板之間的摩擦，沒有考慮細線和滑輪以及空氣阻力等，故導致摩擦因數(shù)的測量會偏大．
故答案為：（1）0.497 m/s²；
（2）①CD，②天平；
（3）$\frac{{m}_{3}g-{m}_{2}a}{{m}_{2}g}$，偏大．

點評 能夠從物理情境中運用物理規(guī)律找出所要求解的物理量間的關系，表示出需要測量的物理量，運用儀器進行測量，正確的進行有關誤差分析．