Question

10．測(cè)量物體間的動(dòng)摩擦因數(shù)的方法很多，現(xiàn)給出長(zhǎng)木板，滑塊、彈簧測(cè)力計(jì)等器材測(cè)定滑塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)，供選用的裝置如圖所示．

（1）請(qǐng)分析說(shuō)明最好選取哪個(gè)圖示裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)？
（2）根據(jù)選用的圖示裝置寫出簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)步驟及動(dòng)摩擦因數(shù)的表達(dá)式（物理量的意義）？．

Answer 1

分析 （1）方案甲：對(duì)摩擦力的測(cè)量是采用“間接法”進(jìn)行的，只有當(dāng)彈簧秤拉動(dòng)木塊，木塊勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，拉力才與摩擦力是一對(duì)平衡力，它們大小相等．
方案乙：拉動(dòng)木板時(shí)，木塊受到向右的摩擦力，由于木塊相對(duì)地面靜止，則摩擦力與彈簧秤的拉力是一對(duì)平衡力．
（2）同學(xué)乙沒(méi)有用彈簧秤，可以先將木塊豎直懸掛起來(lái)，靜止時(shí)測(cè)出彈簧的伸長(zhǎng)量，再勻速拉動(dòng)時(shí)測(cè)出彈簧的伸長(zhǎng)量，由胡克定律和平衡條件求解μ．

解答 解：（1）比較兩種實(shí)驗(yàn)方案的操作過(guò)程可以看出，甲中物體在彈簧測(cè)力計(jì)作用下很難控制它一直做勻速直線運(yùn)動(dòng)，彈簧秤的示數(shù)不穩(wěn)定，而乙中拉動(dòng)的是木板，木板運(yùn)動(dòng)的速度不影響摩擦力的大小，穩(wěn)定時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)與木塊相對(duì)于地靜止，此時(shí)讀數(shù)更準(zhǔn)確．所以，更合理的方案是乙．
（2）同學(xué)乙沒(méi)有用彈簧秤，可以先將木塊豎直懸掛起來(lái)，靜止時(shí)測(cè)出彈簧的伸長(zhǎng)量為x₁，再勻速拉動(dòng)時(shí)測(cè)出彈簧的伸長(zhǎng)量x₂．
由胡克定律得：mg=kx₁，F(xiàn)=kx₂
由平衡條件得：f=F，又f=μmg
則得：μ=$\frac{k{x}_{2}}{k{x}_{1}}$=$\frac{{x}_{2}}{{x}_{1}}$．
答：
（1）乙；乙圖中固定彈簧測(cè)力計(jì)，拉動(dòng)木板做相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，彈簧秤的示數(shù)與木板的速度無(wú)關(guān)，穩(wěn)定時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)與木塊相對(duì)于地靜止，使示數(shù)更穩(wěn)定，測(cè)量更準(zhǔn)確．
（2）先將木塊豎直懸掛起來(lái)，靜止時(shí)測(cè)出彈簧的伸長(zhǎng)量為x₁，再勻速拉動(dòng)時(shí)測(cè)出彈簧的伸長(zhǎng)量x₂；動(dòng)摩擦因數(shù)的表達(dá)式μ=$\frac{{x}_{2}}{{x}_{1}}$．

點(diǎn)評(píng) 在本實(shí)驗(yàn)中，準(zhǔn)確讀出彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)是關(guān)鍵，甲方案測(cè)力計(jì)是運(yùn)動(dòng)的，并且要?jiǎng)蛩龠\(yùn)動(dòng)才可以，難度較大，不好；乙方案也是為了使讀數(shù)更準(zhǔn)確．