Question

10．测量物体间的动摩擦因数的方法很多，现给出长木板，滑块、弹簧测力计等器材测定滑块与木板间的动摩擦因数，供选用的装置如图所示．

（1）请分析说明最好选取哪个图示装置进行实验？
（2）根据选用的图示装置写出简单的实验步骤及动摩擦因数的表达式（物理量的意义）？．

Answer 1

分析 （1）方案甲：对摩擦力的测量是采用“间接法”进行的，只有当弹簧秤拉动木块，木块匀速运动时，拉力才与摩擦力是一对平衡力，它们大小相等．
方案乙：拉动木板时，木块受到向右的摩擦力，由于木块相对地面静止，则摩擦力与弹簧秤的拉力是一对平衡力．
（2）同学乙没有用弹簧秤，可以先将木块竖直悬挂起来，静止时测出弹簧的伸长量，再匀速拉动时测出弹簧的伸长量，由胡克定律和平衡条件求解μ．

解答 解：（1）比较两种实验方案的操作过程可以看出，甲中物体在弹簧测力计作用下很难控制它一直做匀速直线运动，弹簧秤的示数不稳定，而乙中拉动的是木板，木板运动的速度不影响摩擦力的大小，稳定时弹簧测力计与木块相对于地静止，此时读数更准确．所以，更合理的方案是乙．
（2）同学乙没有用弹簧秤，可以先将木块竖直悬挂起来，静止时测出弹簧的伸长量为x₁，再匀速拉动时测出弹簧的伸长量x₂．
由胡克定律得：mg=kx₁，F=kx₂
由平衡条件得：f=F，又f=μmg
则得：μ=$\frac{k{x}_{2}}{k{x}_{1}}$=$\frac{{x}_{2}}{{x}_{1}}$．
答：
（1）乙；乙图中固定弹簧测力计，拉动木板做相对运动时，弹簧秤的示数与木板的速度无关，稳定时弹簧测力计与木块相对于地静止，使示数更稳定，测量更准确．
（2）先将木块竖直悬挂起来，静止时测出弹簧的伸长量为x₁，再匀速拉动时测出弹簧的伸长量x₂；动摩擦因数的表达式μ=$\frac{{x}_{2}}{{x}_{1}}$．

点评 在本实验中，准确读出弹簧测力计的示数是关键，甲方案测力计是运动的，并且要匀速运动才可以，难度较大，不好；乙方案也是为了使读数更准确．