Question

14．某物理小組欲測量小滑塊與木板表面的動摩擦因數(shù)μ，該小組在實驗室找到了兩塊相同的長木板、鐵架臺、滑塊、秒表、刻度尺等實驗器材．
設(shè)計的實驗裝置如圖所示：
（1）該實驗小組設(shè)計的實驗步驟如下：
①讓兩塊木板對接，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在斜面上確定一個點A₁，用鉛垂線確定點A₁在水平桌面上的投影點O
③用刻度尺測量A₁與斜面底端A₂之間的距離s₁
④用刻度尺測量A₁到水平桌面上O點的距離h
⑤讓滑塊從A₁點由靜止開始下滑，經(jīng)A₂后停在水平板上的A₃處
⑥用刻度尺測量A₃到O點的距離S₂
（2）在該實驗的設(shè)計和操作過程中，不需要的實驗儀器是秒表，不必要的實驗步驟是③．
（3）根據(jù)該實驗的測量數(shù)據(jù)，得到木板與滑塊的動摩擦因數(shù)μ=$\frac{h}{{S}_{2}}$．

Answer 1

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

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)滑塊在水平面上運動的過程中，只有摩擦力做功，摩擦力做的功：${W}_{2}=-μmg•\overline{{A}_{2}{A}_{3}}$
對全程運用動能定理，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，在該實驗的設(shè)計和操作過程中，需要測量的是A₁到水平桌面上O點的距離h和A₃到O點的距離S₂，不需要測量時間，也不需要測量A₁與斜面底端A₂之間的距離s₁．
所以不需要的實驗儀器是 測量時間的秒表，不必要的實驗步驟是步驟③用刻度尺測量A₁與斜面底端A₂之間的距離s₁．
故答案為：（2）秒表，③用刻度尺測量A₁與斜面底端A₂之間的距離s₁；（3）$\frac{h}{{S}_{2}}$

點評 該實驗有一定的創(chuàng)新性，其實很多復(fù)雜的實驗其實驗原理都是來自我們所學(xué)的基本規(guī)律，這點要在平時訓(xùn)練中去體會．