“测定动摩擦因数”实验的设计与开发
4页1、“测定动摩擦因数”实验的设计与开发 一、实验设计如何进行 1.依据实验目的,确定实验的理论依据 本实验目的是测量动摩擦因数,实验的理论依据为滑动摩擦力公式,其中f为滑动摩擦力,为动摩擦因数,为两物体间正压力. 2.依据实验理论依据,确定所要测量的物理量 根据,要测量动摩擦因数,只要测量滑动摩擦力f及两物体间正压力即可. 3.确定实验的原理 摩擦力的测量,原理主要是根据平衡法,即使物体受到的摩擦力与拉力平衡,对拉力进行测量. 4.制定实验方案,尝试选择实验方法及所需要的装置与器材,对方案进行反思修正. 方案1 运用弹簧秤测压力与滑动摩擦力(以测量书与桌面间动摩擦因数为例) 实验器材:弹簧秤、书. 实验操作:把书放在桌子上,水平拉弹簧秤,使书做匀速运动,读出弹簧秤示数F1.再用弹簧秤书吊起来,当书静止不动的时候,读出弹簧秤示数F2. 实验数据处理: 反思与改进:本实验原理简单,实验过程清晰,但误差较大,主要原因为书是否在做匀速直线运动很难确定.可进行如下改进:书上粘上一条纸带,让纸带穿过书后面的打点计时器,根据纸带打点是否均匀来确定书是否做匀速运动. 方案2 通过测量长度来测量压力与动摩擦
2、力(以测量木块与木板间动摩擦因数为例) 实验器材:木块、木板、垫木、刻度尺 实验操作:将垫木搁置在木板下面组成一个斜面,移动垫木的位置,改变木板的倾角,直到轻推木块,木块能沿斜面匀速运动,测量此时斜面高度h及在斜面水平面上投影的长度f. 实验数据处理: 反思与改进:该方案取材方便,贴近生活,一把刻度尺就可以测定动摩擦因数.但与方案1相似,目测木块是否做匀速运动带来的误差也较大.改进的方法类似于方案1,也可以用光电门来判断物体是否匀速运动,即在木块上固定一遮光条,在斜面上不同的位置固定两光电门,调整斜面倾角,直到木块通过两光电门时间相等即可. 方案3 用力传感器测量动摩擦力大小(以测量木块与木板间动摩擦因数为例) 实验器材:传感器和需要的相关软件、电脑、木块、绳子、长木板、砝码、天平. 实验操作:将实验器材按图2连接好,将传感器与电脑相连,手缓慢向右拉木板,直到木板运动.电脑采集信号后,由配套软件自动生成摩擦力随时间变化的图象(图3所示).用天平测出砝码和木块的总质量m. 实验数据处理:由于木块与砝码始终是不动的,传感器对它们的拉力与板对木块摩擦力平衡,因此传感器显示的力等于摩擦力.图象
3、中,能看出摩擦力的变化过程,即摩擦力都由零增大到最大静摩擦力,然后开始运动滑动,其滑动摩擦力f1是不变的 反思:本方案优于方案1、方案2.方案1、方案2中都必须保证物体做匀速直线运动,而本方案中用力拉木板,不管板做什么运动,传感器显示的力都等于摩擦力. 二、实验设计,一试身手 1.给你一个弹簧秤、木块、细线、斜面、电火花打点计时器、纸带,设计实验测量木块与斜面的动摩擦因数. 2.某同学在做测定木板与木块间动摩擦因数的实验时,设计了两种实验方案: 方案A:木板固定,用弹簧测力计拉动木块,如图4(a)所示;方案B:木块固定,用手拉动木板,如图4(b)所示,除了实验必需的弹簧测力计、木板、木块、细线外,该同学还准备了质量为200 9的配重若干.(g=10m/s2) (1)上述两种方案中,你认为更合理的方案是_,原因是_; (2)该实验中应测量的物理量是_; (3)该同学在木块上加放配重,改变木块对木板的正压力,记录了5组实验数据,如下表所示: 请根据上述数据画出木块所受摩擦力f和压力的关系图象;由图象可求出木板和木块间动摩擦因数是 参考答案 1.将细线的一端系在木块上,另一端系在弹簧秤的挂钩上,在静止情况下测出木块的重力G.木块放在斜面上,用弹簧秤沿平行于斜面的方向向上拉动木块,用打点计时器判断木块是否匀速运动,调整拉力大小,当木块做匀速运动时,记下弹簧秤的读数F.;同理用弹簧秤向下拉动木块,记下木块做匀速运动时弹簧秤的读数 2.(1)方案B较好,因为实验结果不受木板如何运动的限制,且弹簧测力计是静止的,较易读数.(2)由木块受力平衡得F弹=,故该实验中应测量的物理量是木块的重力、每次拉木板时弹簧的弹力.(3)根据表中数据画出木块所受摩擦力和压力的关系图象,由图象可求出木板和木块间动摩擦因数是=0.25.
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