第2章 教考衔接2 探究静摩擦力大小(教参)-【名师导航】2024年高考物理一轮总复习(新教材新高考)广东专版

教材人教版必修第一册第三章第2节“问题”和“演示” 问题：探究滑动摩擦力大小 用弹簧测力计拖动水平固定木板上的木块，使它做匀速运动，测力计的示数等于木块所受摩擦力的大小。改变木块和木板之间的压力，摩擦力的大小也随之改变。 如果摩擦力的大小跟压力的大小存在某种定量关系的话，它们可能是怎样的关系呢？ 演示：探究静摩擦力大小随拉力的变化 把木块放在水平长木板上，用弹簧测力计沿水平方向拉木块。在拉力F增大到一定值之前，木块不会运动，此种情况下静摩擦力的大小等于拉力的大小。 在弹簧测力计的指针下轻塞一个小纸团，它可以随指针移动，并作为指针到达最大位置的标记(如图)。继续用力，当拉力达到某一数值时木块开始移动，此时拉力会突然变小。 测量静摩擦力的实验装置 如果用力传感器代替弹簧测力计做这个实验，能够在计算机屏幕上直接得到拉力随时间变化的F­t图像(如图)。 F­t图像 一、真题链接 1．(2020·北京卷)某同学利用图甲所示装置研究摩擦力的变化情况。实验台上固定一个力传感器，传感器用棉线拉住物块，物块放置在粗糙的长木板上。水平向左拉木板，传感器记录的F­t图像如图乙所示。下列说法正确的是(　　) 甲　　　　　　　　　　乙 A．实验中必须让木板保持匀速运动 B．图乙中曲线就是摩擦力随时间的变化曲线 C．最大静摩擦力与滑动摩擦力之比约为10∶7 D．只用图乙中数据可得出物块与木板间的动摩擦因数 C　[实验中物块处于平衡状态即可，没有必要让木板保持匀速运动，故选项A错误；由于物块处于平衡状态，故其水平方向上受的拉力(传感器的示数)等于摩擦力，但不能说拉力(传感器的示数)就是摩擦力，两力属于平衡力的关系，故选项B错误；由题图乙可以看出，最大静摩擦力约为10 N，滑动摩擦力约为7 N，两者之比约为10∶7，选项C正确；由于不知道物块的重力，也就不知道正压力，因此只用图乙的数据无法求出物块与木板间的动摩擦因数，故选项D错误。] 2．某同学用图(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测力计相连，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/kg 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 滑动摩擦力f/N 2.15 2.36 2.55 f4 2.93 图(a) 图(b)　　　　　　　　　图(c) 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＝9.80 m/s2，由绘出的f­m图线求得μ＝________。(保留2位有效数字) [解析]　(1)对弹簧秤进行读数得2.75 N。 (2)在图像上添加(0.05 kg,2.15 N)、(0.20 kg，2.75 N) 这两个点，画一条直线，使尽可能多的点落在这条直线上，不在直线上的点大致均匀分布在直线两侧，如答图所示。 (3)由实验原理可得f＝μ(M＋m)g，f­m图线的斜率为k＝μg。 (4)根据图像求出k＝3.9 N/kg，代入数据得μ≈0.40。 [答案]　(1)2.75　(2)如图所示　(3)μ(M＋m)g　μg　(4)0.40 二、真题拓展 3．(2023·广东江门模拟)为了测量木块与木板间的动摩擦因数μ，某小组使用位移传感器设计了如图甲所示实验装置，整个装置位于水平桌面上，位移传感器连接计算机。让木块从倾斜木板上一点A由静止释放，位移传感器可以测出木块到传感器的距离。利用计算机描绘出滑块相对传感器的位移x随时间t变化的规律，如图乙所示。 甲　　　　　　　　　　乙 (1)根据图线可知，木块的加速度a＝________ m/s2； (2)为了测定动摩擦因数μ，还需要测量的量是________。(已知当地的重力加速度为g) (3)为了提高木块与木板间动摩擦因数μ的测量精度，下列措施可行的是________。 A．A点与传感器距离适当大些 B．木板的倾角不宜过大也不宜过小 C．传感器开始计时的时刻必须是木块从A点释放的时刻 [解析]　(1)根据匀变速直线运动的规律Δx＝aT2 得a＝＝ m/s2＝1 m/s2。 (2)选取木块为研究对象，根据牛顿第二定律得mgsin θ－μmgcos θ＝ma 得μ＝ 可知要测定动摩擦因数，还需测出斜面倾角(或A点到位移传感器的高度)。 (3)