Question

14．某物理小組欲測(cè)量小滑塊與木板表面的動(dòng)摩擦因數(shù)μ，該小組在實(shí)驗(yàn)室找到了兩塊相同的長(zhǎng)木板、鐵架臺(tái)、滑塊、秒表、刻度尺等實(shí)驗(yàn)器材．
設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示：
（1）該實(shí)驗(yàn)小組設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)步驟如下：
①讓兩塊木板對(duì)接，一塊木板斜放形成斜面，另一塊木板水平放置，并使連接處圓滑
②在斜面上確定一個(gè)點(diǎn)A₁，用鉛垂線(xiàn)確定點(diǎn)A₁在水平桌面上的投影點(diǎn)O
③用刻度尺測(cè)量A₁與斜面底端A₂之間的距離s₁
④用刻度尺測(cè)量A₁到水平桌面上O點(diǎn)的距離h
⑤讓滑塊從A₁點(diǎn)由靜止開(kāi)始下滑，經(jīng)A₂后停在水平板上的A₃處
⑥用刻度尺測(cè)量A₃到O點(diǎn)的距離S₂
（2）在該實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和操作過(guò)程中，不需要的實(shí)驗(yàn)儀器是秒表，不必要的實(shí)驗(yàn)步驟是③．
（3）根據(jù)該實(shí)驗(yàn)的測(cè)量數(shù)據(jù)，得到木板與滑塊的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=$\frac{h}{{S}_{2}}$．

Answer 1

分析 根據(jù)受力分析與動(dòng)能定理的公式得出動(dòng)摩擦因數(shù)與位移之間的關(guān)系，然后進(jìn)行討論即可．

解答 解：設(shè)斜面與水平面之間的夾角為θ，斜面的高度為h，滑塊在斜面上受到重力、斜面的支持力和摩擦力的作用，其中重力和摩擦力做功，重力做的功是mgh；摩擦力做的功是W₁=-$μmgcosθ•\frac{h}{sinθ}$；
根據(jù)幾何關(guān)系可知，$\frac{h}{sinθ}•cosθ=\overline{O{A}_{2}}$
所以：W₁=-$μmg•\overline{O{A}_{2}}$
當(dāng)滑塊在水平面上運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，只有摩擦力做功，摩擦力做的功：${W}_{2}=-μmg•\overline{{A}_{2}{A}_{3}}$
對(duì)全程運(yùn)用動(dòng)能定理，有：mgh-μmg$\overline{O{A}_{2}}$-μmg$\overline{{A}_{2}{A}_{3}}$=0（θ為斜面的坡角）
聯(lián)立得到：h=μ（$\overline{O{A}_{2}}+\overline{{A}_{2}{A}_{3}}$）=$μ•\overline{O{A}_{3}}$=μS₂
所以：μ=$\frac{h}{{S}_{2}}$
根據(jù)該式可知，在該實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和操作過(guò)程中，需要測(cè)量的是A₁到水平桌面上O點(diǎn)的距離h和A₃到O點(diǎn)的距離S₂，不需要測(cè)量時(shí)間，也不需要測(cè)量A₁與斜面底端A₂之間的距離s₁．
所以不需要的實(shí)驗(yàn)儀器是 測(cè)量時(shí)間的秒表，不必要的實(shí)驗(yàn)步驟是步驟③用刻度尺測(cè)量A₁與斜面底端A₂之間的距離s₁．
故答案為：（2）秒表，③用刻度尺測(cè)量A₁與斜面底端A₂之間的距離s₁；（3）$\frac{h}{{S}_{2}}$

點(diǎn)評(píng) 該實(shí)驗(yàn)有一定的創(chuàng)新性，其實(shí)很多復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)其實(shí)驗(yàn)原理都是來(lái)自我們所學(xué)的基本規(guī)律，這點(diǎn)要在平時(shí)訓(xùn)練中去體會(huì)．