Question

14．某物理小组欲测量小滑块与木板表面的动摩擦因数μ，该小组在实验室找到了两块相同的长木板、铁架台、滑块、秒表、刻度尺等实验器材．
设计的实验装置如图所示：
（1）该实验小组设计的实验步骤如下：
①让两块木板对接，一块木板斜放形成斜面，另一块木板水平放置，并使连接处圆滑
②在斜面上确定一个点A₁，用铅垂线确定点A₁在水平桌面上的投影点O
③用刻度尺测量A₁与斜面底端A₂之间的距离s₁
④用刻度尺测量A₁到水平桌面上O点的距离h
⑤让滑块从A₁点由静止开始下滑，经A₂后停在水平板上的A₃处
⑥用刻度尺测量A₃到O点的距离S₂
（2）在该实验的设计和操作过程中，不需要的实验仪器是秒表，不必要的实验步骤是③．
（3）根据该实验的测量数据，得到木板与滑块的动摩擦因数μ=$\frac{h}{{S}_{2}}$．

Answer 1

分析 根据受力分析与动能定理的公式得出动摩擦因数与位移之间的关系，然后进行讨论即可．

解答 解：设斜面与水平面之间的夹角为θ，斜面的高度为h，滑块在斜面上受到重力、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=-$μmgcosθ•\frac{h}{sinθ}$；
根据几何关系可知，$\frac{h}{sinθ}•cosθ=\overline{O{A}_{2}}$
所以：W₁=-$μmg•\overline{O{A}_{2}}$
当滑块在水平面上运动的过程中，只有摩擦力做功，摩擦力做的功：${W}_{2}=-μmg•\overline{{A}_{2}{A}_{3}}$
对全程运用动能定理，有：mgh-μmg$\overline{O{A}_{2}}$-μmg$\overline{{A}_{2}{A}_{3}}$=0（θ为斜面的坡角）
联立得到：h=μ（$\overline{O{A}_{2}}+\overline{{A}_{2}{A}_{3}}$）=$μ•\overline{O{A}_{3}}$=μS₂
所以：μ=$\frac{h}{{S}_{2}}$
根据该式可知，在该实验的设计和操作过程中，需要测量的是A₁到水平桌面上O点的距离h和A₃到O点的距离S₂，不需要测量时间，也不需要测量A₁与斜面底端A₂之间的距离s₁．
所以不需要的实验仪器是 测量时间的秒表，不必要的实验步骤是步骤③用刻度尺测量A₁与斜面底端A₂之间的距离s₁．
故答案为：（2）秒表，③用刻度尺测量A₁与斜面底端A₂之间的距离s₁；（3）$\frac{h}{{S}_{2}}$

点评 该实验有一定的创新性，其实很多复杂的实验其实验原理都是来自我们所学的基本规律，这点要在平时训练中去体会．