20202021年高三物理考点专项突破摩擦因素测量pdf含解析

2020-2021年高三物理考点专项突破：摩擦因素测量1.（2019年全国Ⅱ卷）如图（a），某同学设计了测量铁块与木板间动摩擦因数的实验。所用器材有：铁架台、长木板、铁块、米尺、电磁打点计时器、频率50Hz的交流电源，纸带等。回答下列问题：（1）铁块与木板间动摩擦因数μ=（用木板与水平面的夹角θ、重力加速度g和铁块下滑的加速度a表示）图a（2）某次实验时，调整木板与水平面的夹角使θ=30°。接通电源。开启打点计时器，释放铁块，铁块从静止开始沿木板滑下。多次重复后选择点迹清晰的一条纸带，如图（b）所示。图中的点为计数点（每两个相邻的计数点间还有4个点未画出）。重力加速度为9.8m/s2。可以计算出铁块与木板间的动摩擦因数为（结果保留2位小数）。【答案】：（1）sincosgag（2）0.35【解析】：（1）对木板上的铁块进行手里分析，根据牛顿第二定律可得：sincosmgmgma变形可得sincosgag；（2）由纸带可得出有奇数段，故舍去一段方便计算，舍去第一段由于距离短读数误差大，由加速度公式可得：6543212()()9ssssssat代入数据解得a=0.35m/s22.（2018年全国Ⅱ卷）某同学用如图(a)所示的装置测量木块与木板之间的动摩擦因数。跨过光滑定滑轮的细线两端分别与木块和弹簧秤相连，滑轮和木块间的细线保持水平，在木块上方放置砝码。缓慢向左拉动水平放置的木板，当木块和砝码相对桌面静止且木板仍在继续滑动时，弹簧秤的示数即为木块受到的滑动摩擦力的大小。某次实验所得数据在下表中给出，其中f4的值可从图(b)中弹簧秤的示数读出。砝码的质量m/kg0.050.100.150.200.25滑动摩擦力f/N2.152.362.55f42.93回答下列问题：(1)f4＝________N；(2)在图(c)的坐标纸上补齐未画出的数据点并绘出f­m图线；(3)f与m、木块质量M、木板与木块之间的动摩擦因数μ及重力加速度大小g之间的关系式为f＝________，f­m图线(直线)的斜率的表达式为k＝________；(4)取g＝9.80m/s2，由绘出的f­m图线求得μ＝________。(保留两位有效数字)【答案】：(1).2.75(2).如图所示(3)μ（M+m）gμg（4）0.40【解析】：（1）指针在2.7与2.8之间，估读为2.75N（2）描点画线注意让所有点均匀分布在线上或线的两边，作图如下：（3）木块受到的是滑动摩擦力，根据滑动摩擦力的定义知把公式化简可得：所以图像的斜率（4）取g=9.80m/，取图像上相距较远的两点求斜率则3.(2018·石家庄二模)为测定小滑块与水平木板间的动摩擦因数μ，选用的实验器材为：带挡光片的小滑块、光电门、数字毫秒计、弧形斜面、游标卡尺、刻度尺，器材安装如图甲所示。(1)用游标卡尺测量挡光片宽度d如图乙所示，则d＝______mm。(2)小滑块从弧形斜面上某位置由静止释放，读出小滑块上挡光片通过光电门时数字毫秒计的示数t；用刻度尺量出小滑块停止运动时，滑块上的挡光片中心与光电门间的水平距离L；小滑块与水平木板间的动摩擦因数μ＝________(用物理量d、L、t、g表示)。(3)实验中将挡光片通过光电门的平均速度当作小车通过光电门的瞬时速度，这样处理测得的小滑块与水平木板间的动摩擦因数μ与真实值相比_______(选填“偏大”或“无偏差”)。【答案】：(1)5.80(2)d22gLt2(3)偏小【解析】：（1）游标卡尺是20分度的，主尺读数为0.5cm，游标为160.05mm，故读数为5.80mm；（2）挡光片通过光电门可以算出速度，之后滑块在做匀减速直线运动，由运动学公式可得220()dgLt故摩擦因素为d22gLt2。（3）本实验是用平均速度来表示瞬时速度，由于摩擦的影响速度偏小故摩擦因素偏小。4.(2018·武汉模拟卷)某同学用如图甲所示的实验装置测量木块与木板之间的动摩擦因数μ。将木块从倾角为θ的木板上由静止释放，与位移传感器连接的计算机描绘出了木块相对传感器的位置随时间变化的规律，如图乙中的曲线②所示。图中木块的位置从x1到x2、从x2到x3的运动时间均为T。(1)根据图乙可得，木块经过位置x2时的速度v2＝________，木块运动的加速度a＝________。(2)现测得T＝0.1s，x1＝4cm，x2＝9cm，x3＝16cm，θ＝37°，可求得木块与木板之间的动摩擦因数μ＝______(sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，重力加速度g取10m/s2，结果保留一位有效数字)。(3)若只增大木板的倾角，则木块相对传感器的位置随时间变化的规律可能是图乙中的曲线______。(选填图线序号①、②或③)【答案】：（1）x3－x12Tx3－2x2＋x1T2（2）0.5（3）①【解析】：（1）根据中间时刻的瞬时速度等于平均速度的原理则：3122xxvT；根据匀变速直线运动规律可得2xaT则有：23221()()xxxxaT变形得a=x3－2x2＋x1T2；（2）将已知量代入a=x3－2x2＋x1T2得a=2m/s2，根据牛顿第二定律得：sincosagg把a代入可得摩擦因素0.5；（3）把木板的倾角变大，则滑块下滑的速度变大，由乙图的x-t图像可知，斜率越大速度越大，故选择①。5.(2018·山东模拟卷)某同学用如图甲所示实验装置测量滑块与桌面间的动摩擦因数。实验中滑块放在水平桌面上，在轻质动滑轮上悬挂不同的重物，使滑块从同一位置由静止加速运动。滑块经过光电门时，配套的数字毫秒计测出遮光条的挡光时间t，读出弹簧秤的示数F，作出21Ft关系图象如图乙所示。已知滑块到光电门的距离x=45cm，遮光条的宽度d=3mm(忽略绳子质量及绳子与滑轮之间的摩擦，取重力加速度g=10m/s2)。(1)由图甲判断下列说法正确的是。A.实验中滑块的质量应远小于重物的质量B.实验中滑块的质量应远大于重物的质量C.实验中与滑块相连的轻绳与桌面一定要平行D.实验中与滑块相连的轻绳与桌面可以不平行(2)由图乙可得滑块的质量m=kg，滑块与桌面间的动摩擦因数μ=。【答案】：(1)C(2)0.5kg(3)0.3【解析】：（1）由于有弹簧测力计的存在，绳子上的拉力可以准确的得出，对于滑块而言受到的拉力F知道，故不需要比较滑块的质量与重物的质量，即选择C答案正确；（2）根据牛顿第二定律对滑块受力分析可得：Fmgma，结合运动学公式可得：22()daxt代入牛顿第二定律得：222122xgxFtmdd，根据图乙可知斜率22xkmd代入数据得m=0.5kg，根据图像截距可得：0.3。6.某同学手头有一个速度传感器，想测定铜块与长木板之间的动摩擦因数，他设计的简易实验装置如图所示。长木板倾斜放置，在低端Q点固定速度传感器，将铜块从长木板顶端的P点由静止释放，速度传感器可读出它滑到Q点时的速度大小v。（1）要得到铜块沿倾斜长木板下滑的加速度，还需要测量的物理量是（写出名称并标出符号），加速度a=。（2）已知当地重力加速度为g，长木板的倾角为，则铜块与长木板之间的动摩擦因素的表达式为（用上述各物理量的符号表示）。【答案】：（1）P、Q两点间的距离L22vaL；（2）2tan2cosvgL或tancosag；【解析】：（1）速度传感器可以测定铜块到达Q点的速度，根据运动学公式可知需要知道P、Q两点间的距离L就可以测定加速度，公式为：22aLv，故22vaL；（2）对铜块在斜面上下滑过程受力分析，由牛顿第二定律可得：sincosmgmgma，把（1）中的22vaL代入可得：2tan2cosvgL或者tancosag。7.下面几个实验都用到了电磁打点计时器或电火花计时器:①运用装置甲完成“探究功与速度变化的关系”实验②运用装置乙完成“验证机械能守恒定律”实验③运用装置丙可以完成“探究小车速度随时间变化的规律”实验④运用装置丙可以完成“探究加速度与力、质量的关系”实验(1)运用装置丙完成“探究小车速度随时间变化的规律”实验是否需要平衡摩擦阻力?(选填“是”或“否”)。(2)如图丁为某同学在一次实验中打出的一条纸带的部分，若所用电源的频率为50Hz，图中刻度尺的最小分度为1mm，请问该条纸带是以上四个实验哪一个实验时得到的?(填实验的代码)。(3)由如图丁的测量，打C点时纸带对应的速度为m/s(保留三位有效数字)。【答案】：(1)否(2)②(3)1.53(1.50～1.56)【解析】：（1）探究小车速度随时间变化的规律实验中，只要得到纸带上的点满足匀变速直线运动就可了，不考虑摩擦力带来的影响，故填“否”；（2）根据实验装置的不同对应纸带打出的点也是不同的，①探究功与速度变化，纸带后面的点间距是均匀的，②重锤在做自由落体运动，点间距是增大的而且加速为g故②符合，③、④加速应该小于g，故不符合；（3）根据中间时刻的瞬时速度等于这段的平均速度可得：0.1360.0761.50/20.04BDCxvmst。8.某同学用如图（a）所示的装置，探究仅在摩擦力做功的条件下，摩擦力做功与物体动能变化的关系。实验的部分操作如下：按图（a）所示安装器材，带有遮光条的物块置于水平面上，与弹簧接触但不连接。用力向左推物块，将弹簧从原长位置O向左压缩一定距离，松手让物块向右运动，光电计时器记下遮光条通过光电门的时间t，测出滑块停下时到光电门的水平距离x。（1）若光电门固定在O点（遮光条经过光电门时弹簧恰处于原长），多次改变释放时滑块到光电门的距离，得到多组数据，该同学处理数据时，得到如图（b）所示的21xt的关系。通过推理分析，可以得出：通过O点后，摩擦力对物块做功大小与其动能变化大小（选填“成正比”“成反比”或“不确定”）。（2）若光电门固定在O点右侧，按上述方法仍在同一坐标系内作21xt图像，其图像为；若光电门固定在O点左侧，其图像可能为（以上两空均选填“图b”“图c”或“图d”）。【答案】：（1）成正比（2）图b图c【解析】：（1）遮光条通过光电门的速度为dvt，由运动学公式得：22()daxt，动能的变化量为：21()2kdEmt，摩擦力做的功为：Wfx，故可以知道摩擦力做的功与动能的变化量成正比；（3）若光电门在O点右侧，摩擦做功与动能的表达式为：21()2fdWmfxt，故和图b一样，若在O点的左侧则有：21()2pdEmfxt，故与图c相吻合。9.某实验小组用如图甲所示的装置测定物体与水平木板间的动摩擦因素。实验部分步骤如下：给物快一初速度使其向右运动，O点正上方的光电门记下物块上遮光条的挡光时间t，测量物块停止运动时物块到O点的距离x，多次改变速度，并记下多组x、t，已知重力加速度为g。（1）用游标卡尺测量遮光条的宽度d如图乙所示，则d=mm。（2）本实验（填“需要”或“不需要”）测量物块的质量。（3）该小组同学处理数据时作出了21tx关系图像，图像的斜率为k，则物块与桌面间的动摩擦因数为（用题目中的字母表示）。【答案】：（1）6.50mm（2）不需要（3）22dkg【解析】：（1）根据图乙可知主刻度读数为0.6cm，游标读数为100.05mm，故读数为6.50mm。（2）由动能定理可得：210()2dmgxmt，故不需要物块的质量。（3）由（2）中可得：222dtgx，斜率22dkg故22dkg。10.(2015年全国Ⅱ卷)某同学用图(a)所示的实验装置测量物块与斜面之间的动摩擦因数。已知打点计时器所用电源的频率为50Hz，物块下滑过程中所得到的纸带的一部分如图(b)所示，图中标出了五个连续点之间的距离。(1)物块下滑时的加速度a＝________m/s2，打C点时物块的速度v＝________m/s；(2)已知重力加速度大小为g，为求出动摩擦因数，还必须测量的物理量是________(填选项代号)。A．物块的质量