高中物理中測量動摩擦因數(shù)的方法分類例析

摘 要：文章主要對高中物理中測量動摩擦因數(shù)的方法進行分類例析.從實驗原理出發(fā)，從力學(xué)的不同視角探討測量動摩擦因數(shù)的方法，希望能幫助學(xué)生更好地理解動摩擦因數(shù)的概念和掌握測量方法，靈活應(yīng)對這類力學(xué)實驗.

關(guān)鍵詞：高中物理；動摩擦因數(shù)；測量方法

中圖分類號：G632"" 文獻標識碼：A"" 文章編號：1008-0333（2025）04-0092-03

動摩擦因數(shù)是描述兩個物體之間滑動摩擦力與正壓力關(guān)系的重要物理量[1].在高中物理教學(xué)中，測量動摩擦因數(shù)是一個重要的實驗內(nèi)容.通過實驗測量動摩擦因數(shù)，不僅可以加深學(xué)生對摩擦力概念的理解，還可以培養(yǎng)學(xué)生的實驗操作能力和科學(xué)探究精神.下面對高中物理中常見的測量動摩擦因數(shù)的方法進行分類例析.

1 利用平衡原理測量動摩擦因數(shù)

例1 某同學(xué)利用一根輕質(zhì)彈簧測量滑塊與木板間的動摩擦因數(shù).實驗步驟如下：

①不掛物體時，測量彈簧自然懸垂時的長度L0；

②如圖1所示，掛上滑塊，彈簧穩(wěn)定后，測量彈簧的長度L1；

③如圖2所示，彈簧一端固定，另一端連接滑塊，滑塊放在水平木板上，向右拉動木板，穩(wěn)定后，測量彈簧的長度L2.

（1）為了測出滑塊與木板間的動摩擦因數(shù)，下列說法正確的是.（填字母序號）

A.還需知道彈簧的勁度系數(shù)k

B.還需知道當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭

C.第③步需要保持彈簧水平

（2）滑塊與木板間動摩擦因數(shù)的計算式為μ=.（用測量量字母表示）

（3）若拉動木板過程，木板在做加速運動，測量的動摩擦因數(shù)值會（填“大于”“等于”或“小于”）實際值.

（3）由于滑動摩擦力與滑塊相對木板的運動速度大小無關(guān)，木板在做加速運動，不影響動摩擦因數(shù)的測量[2].

點評 拉動木板過程中，滑塊處于平衡狀態(tài)，根據(jù)平衡條件列式即可求解.

2 利用牛頓第二定律測量動摩擦因數(shù)

例2 某實驗小組為了測量木塊與桌面間的動摩擦因數(shù)，設(shè)計了如圖3所示的實驗裝置.將木塊靜止放在水平桌面上用輕繩拉住，輕繩另一端通過定滑輪連接力傳感器與托盤，實驗過程中調(diào)節(jié)定滑輪使得連接木塊的輕繩與桌面平行，木塊的右側(cè)有一寬度為d的遮光條，在桌面上B位置固定有一光電門.

（1）該實驗（填“需要”或“不需要”）讓木塊的質(zhì)量遠大于砝碼、力傳感器和托盤的總質(zhì)量；

（2）托盤內(nèi)放入適量砝碼，使木塊右側(cè)位于A點，A、B間距離為L，釋放后木塊做勻加速直線運動，光電門顯示的擋光時間為t0，則木塊的加速度大小為（用已知物理量字母表示）；

解析 （1）實驗中輕繩的拉力可通過力傳感器直接讀出，故不需要讓木塊的質(zhì)量遠大于砝碼、力傳感器和托盤的總質(zhì)量.

點評 木塊做勻加速直線運動，先根據(jù)運動學(xué)知識求出加速度，再根據(jù)牛頓第二定律即可解出動摩擦因數(shù).

3 利用動能定理測量動摩擦因數(shù)

例3 某小組的同學(xué)通過探討設(shè)計了一套方案來測量動摩擦因數(shù)，實驗裝置如圖5所示，將足夠長的木板固定在水平面上，固定有遮光條的滑塊從光電門的右側(cè)以某初速度向左運動，經(jīng)過一段時間滑塊靜止在光電門的左側(cè)某位置，測出遮光條經(jīng)過光電門時的遮光時間t和滑塊靜止時遮光條到光電門的距離x，改變滑塊的初速度，重復(fù)以上操作，已知重力加速度大小為g.

（1）實驗前測得遮光條的寬度為d，含遮光條的滑塊質(zhì)量為m，則滑塊經(jīng)過光電門時的動能Ek=（用給定的物理量符號表示）.

（2）下列關(guān)于本實驗的說法正確的是（" ）.

A.多次實驗時一定要確保滑塊從同一位置開始運動

B.實驗時可以不用測量含遮光條的滑塊質(zhì)量

C.遮光條的寬度寬些能減小實驗誤差

點評 若滑動摩擦力是恒力，物體在運動過程中的速度容易獲得，可根據(jù)動能定理測量動摩擦因數(shù).本題中巧妙地運用了圖像的斜率與動摩擦因數(shù)的關(guān)系來求解動摩擦因數(shù)，減小了實驗的誤差[3].

4 利用能量守恒定律測量動摩擦因數(shù)

例4 利用如圖7所示的裝置探究輕彈簧的彈性勢能.彈簧的左端固定，右端與小滑塊接觸但不連接，小滑塊位于桌面邊緣時彈簧恰好處于原長.向左推小滑塊移動距離s后，由靜止釋放，小滑塊向右移動離開桌面落到水平地面上.測出桌面到地面高度h，桌邊到小滑塊落地點的水平距離x.重力加速度為g，則：

（1）小滑塊離開桌面時的速度大小為；

（3）本實驗中滑塊與桌面間動摩擦因數(shù)為，桌面有摩擦對計算彈簧的彈性勢能結(jié)果（選填“有影響”或“無影響”）.

點評 運用第（1）（2）問的思路，結(jié)合圖像的物理意義來測量動摩擦因數(shù)，達到了拓展學(xué)生思維的目的.

5 結(jié)束語

高中物理中測量動摩擦因數(shù)的方法有多種，每種方法都有其特點和適用范圍.在實際教學(xué)中，教師可以根據(jù)實驗條件和學(xué)生的實際情況選擇合適的方法進行實驗教學(xué).通過實驗測量動摩擦因數(shù)，可以幫助學(xué)生更好地理解摩擦力的概念和掌握物理實驗的方法，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和實驗操作能力[4].

參考文獻：

［1］焦君紅.測量動摩擦因數(shù)的三種實驗設(shè)計思路例析[J].中學(xué)生理科應(yīng)試，2023（03）：26-28.

[2] 張金龍.例析測量動摩擦因數(shù)的6種方法[J].高中數(shù)理化，2021（Z2）：102-106.

[3] 蔣勇.生活中粗測動摩擦因數(shù)[J].物理教學(xué)探討，2015，33（12）：57-59.

[4] 雷光錦.談測定動摩擦因數(shù)的幾種方法[J].湖南中學(xué)物理，2017，32（02）：23，45.