Question

11．為測量木塊與木板間的動摩擦因數(shù)，將木反傾斜，木塊以不同的初速度沿木板向上滑到最高點(diǎn)后再返回，用光電門測量木塊來回的速度，用刻度尺測量向上運(yùn)動的最大距離，為確定木塊向上運(yùn)動的最大高度，讓木塊推動輕質(zhì)卡到最高點(diǎn)，記錄這個(gè)位置，實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示．

（1）本實(shí)驗(yàn)中，下列操作合理的是AC
A．遮光條的寬度應(yīng)盡量小些
B．實(shí)驗(yàn)前將輕質(zhì)卡置于光電門附近
C．為了實(shí)驗(yàn)成功，木塊的傾角必須大于某一值
D．光電門與輕質(zhì)卡最終位置間的距離即為木塊向上運(yùn)動的最大距離
（2）用螺旋測微器測量遮光條的寬度，如圖乙所示讀數(shù)為3.700mm．
（3）改變木塊的初速度，測量出它向上運(yùn)動的最大距離與木塊來回經(jīng)過光電門時(shí)速度的平方差，結(jié)果如下表所示，試在丙圖坐標(biāo)紙上作出△v²-x的圖象，經(jīng)測量木板傾角的余弦值為0.6，重力加速度取g=9.80m/s²，則木塊與木板間的動摩擦因數(shù)為0.010（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）．

序號	l	2	3	4	5
X/cm	16.0	36.0	50.0	70.0	38.0
△v2/m2s-2	0.04	0.09	0.15	0.19	0.22

（4）由于輕質(zhì)卡的影響，使得測量的結(jié)果偏大（選填“偏大”或“偏小”）．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟與實(shí)驗(yàn)原理分析答題；
（2）螺旋測微器固定刻度與可動刻度示數(shù)之和是螺旋測微器示數(shù)；
（3）應(yīng)用描點(diǎn)法作出圖象；由牛頓第二定律與運(yùn)動學(xué)公式求出圖象函數(shù)表達(dá)式，然后根據(jù)圖象與函數(shù)表達(dá)式求出動摩擦因數(shù)；
（4）根據(jù)圖示實(shí)驗(yàn)裝置與實(shí)驗(yàn)步驟分析實(shí)驗(yàn)誤差

解答 解：（1）A、遮光條寬度與時(shí)間的比值是木塊的平均速度，可以認(rèn)為是木塊通過光電門時(shí)的瞬時(shí)速度，遮光條寬度越小，平均速度越接近瞬時(shí)速度，實(shí)驗(yàn)誤差越小，因此遮光條的寬度應(yīng)盡量小些，故A正確；
B、實(shí)驗(yàn)時(shí)輕質(zhì)卡應(yīng)與木塊一起向上運(yùn)動，實(shí)驗(yàn)前將輕質(zhì)卡與木塊靠在一起，故B錯誤；
C、當(dāng)木板傾角大于某一值時(shí)，木塊重力沿斜面向下的分力大于最大靜摩擦力，木塊到達(dá)最高點(diǎn)后可以反向下滑，否則木塊到達(dá)最高點(diǎn)后將靜止，實(shí)驗(yàn)不能成功，為了實(shí)驗(yàn)成功，木塊的傾角必須大于某一值，故C正確；
D、木塊出發(fā)點(diǎn)與輕質(zhì)卡最終位置間的距離即為木塊向上運(yùn)動的最大距離，故D錯誤；故選AC．
（2）由圖乙所示螺旋測微器可知，螺旋測微器示數(shù)為：3.5mm+20.0×0.01mm=3.700mm．
（3）根據(jù)表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系內(nèi)描出對應(yīng)點(diǎn)，然后根據(jù)描出的點(diǎn)作出圖象如圖所示：
由牛頓第二定律得：
木塊上滑時(shí)：mgsinθ+μmgcosθ=ma₁，
木塊下滑時(shí)：mgsinθ-μmgcosθ=ma₂，
由勻變速直線運(yùn)動的速度位移公式得：
0-v₀²=-2a₁x，v²=2a₂x，
△v²=v₀²-v²=4μgxcosθ，
由圖示圖象可知，動摩擦因數(shù)：
斜率：k=4μgcosθ=$\frac{△{v}^{2}}{x}=\frac{0.20}{0.80}$=0.25，
動摩擦因數(shù)：μ=$\frac{k}{4gcosθ}=\frac{0.25}{4×9.8×0.6}$=0.010；
（4）由于輕質(zhì)卡與木板間存在摩擦力，所測摩擦力實(shí)際是木塊與輕質(zhì)卡受到的摩擦力的合力，由于輕質(zhì)卡所受摩擦力影響，所測動摩擦因數(shù)偏大．
故答案為：（1）AC；（2）3.700；（3）圖象如圖所示，0.010；（4）偏大

點(diǎn)評 本題考查了測動摩擦因數(shù)實(shí)驗(yàn)，知道實(shí)驗(yàn)原理與實(shí)驗(yàn)步驟是正確解題的關(guān)鍵；應(yīng)用牛頓第二定律與勻變速運(yùn)動的速度位移公式求出圖象的函數(shù)表達(dá)式是正確求出動摩擦因數(shù)的前提與關(guān)鍵