Question

7．物理小組在一次探究活動中測量滑塊與木板之間的動摩擦因數(shù)．實驗裝置如圖1，一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)計時器的紙帶相連，另一端通過跨過定滑輪的細(xì)線與托盤連接．打點(diǎn)計時器使用的交流電源的頻率為50Hz．開始實驗時，在托盤中放入適量砝碼，滑塊開始做勻加速運(yùn)動，在紙帶上打出一系列小點(diǎn)．

（1）圖2給出的是實驗中獲取的一條紙帶的一部分：0、1、2、3、4、5、6、7是計數(shù)點(diǎn)，每相鄰兩計數(shù)點(diǎn)間還有4個打點(diǎn)（圖中未標(biāo)出），計數(shù)點(diǎn)間的距離如圖所示．根據(jù)圖2中數(shù)據(jù)計算的加速度a=0.496m/s² （保留三位有效數(shù)字）．
（2）回答下列兩個問題：
①為測量動摩擦因數(shù)，下列物理量中還應(yīng)測量的有CD．（填入所選物理量前的字母）
A．木板的長度l                     B．木板的質(zhì)量m₁
C．滑塊的質(zhì)量m₂                   D．托盤和砝碼的總質(zhì)量m₃
E．滑塊運(yùn)動的時間t
②測量①中所選定的物理量時需要的實驗器材是天平．
（3）滑塊與木板間的動摩擦因數(shù)μ=$\frac{{m}_{3}g-（{m}_{2}+{m}_{3}）a}{{m}_{2}g}$ （用被測物理量的字母表示，重力加速度為g）．與真實值相比，測量的動摩擦因數(shù)偏大 （填“偏大”或“偏小”）．寫出支持你的看法的一個論據(jù)：沒有考慮打點(diǎn)計時器給紙帶的阻力、細(xì)線和滑輪間、以及空氣等阻力．

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)動中某點(diǎn)的瞬時速度等于該過程中的平均速度大小可以求出某點(diǎn)的瞬時速度大��；
（2）根據(jù)牛頓第二定律有=ma，由此可知需要測量的物理量．
（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．由于木塊滑動過程中受到空氣阻力，因此會導(dǎo)致測量的動摩擦因數(shù)偏大．

解答 解：（1）x₆=3.88cm=0.0388m
x₅=3.39cm=0.0399m
x₄=2.88cm=0.0288m
x₃=2.40cm=0.0240m
x₂=1.89cm=0.0189m
x₁=1.40cm=0.0140m
由勻變速運(yùn)動的推論△x=aT²可知加速度為：
a=$\frac{{s}_{6}+{s}_{5}+{s}_{4}-{s}_{3}-{s}_{2}-{s}_{1}}{9{T}^{2}}$=$\frac{0.0388+0.0339+0.0288-0.0240-0.0189-0.0140}{9×0．{1}^{2}}$m/s²=0.496m/s²．
（2）①以系統(tǒng)為研究對象，由牛頓第二定律得：
m₃g-f=（m₂+m₃）a，
滑動摩擦力：f=m₂gμ，
解得：μ=$\frac{{m}_{3}g-（{m}_{2}+{m}_{3}）a}{{m}_{2}g}$，要測動摩擦因數(shù)μ，
需要測出：滑塊的質(zhì)量m₂ 與托盤和砝碼的總質(zhì)量m₃，
故選：CD；
②測物體的質(zhì)量需要的實驗器材是：天平．
（3）由（2）可知，動摩擦因數(shù)的表達(dá)式為：μ=$\frac{{m}_{3}g-（{m}_{2}+{m}_{3}）a}{{m}_{2}g}$，
由牛頓第二定律列方程的過程中，考慮了木塊和木板之間的摩擦，
但沒有考慮打點(diǎn)計時器給紙帶的阻力、細(xì)線和滑輪間、以及空氣等阻力，因此導(dǎo)致摩擦因數(shù)的測量值偏大．
故答案為：（1）0.496m/s²；（2）①CD；②天平；（3）=$\frac{{m}_{3}g-（{m}_{2}+{m}_{3}）a}{{m}_{2}g}$；偏大；沒有考慮打點(diǎn)計時器給紙帶的阻力、細(xì)線和滑輪間、以及空氣等阻力．

點(diǎn)評 解決實驗問題首先要掌握該實驗原理，了解實驗的操作步驟和數(shù)據(jù)處理以及注意事項，同時要熟練應(yīng)用所學(xué)基本規(guī)律解決實驗問題．