2011-2020年高考物理试卷分类汇编之073.探究摩擦力的实验（含答案及解析）

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第73节 探究摩擦力的实验
1.2020年北京卷11．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，传感器记录的图像如图乙所示。下列说法正确的是
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
答案∶C
解析∶AB．为了能研究摩擦力随时间的变化曲线，故物块一直要处于静止状态，则向左的摩擦力一直与向右轻绳的拉力平衡，图乙是向右轻绳的拉力随时间变化曲线，故图乙也可以反映摩擦力随时间变化的曲线，由图乙可知向右轻绳的拉力先增大后减小，最后趋于不变，故物块先受静摩擦力作用后受滑动摩擦力作用，所以不需要让木板保持匀速运动，故AB错误；
C．由图可知，最大静摩擦力约为10N，滑动摩擦力约为7N，故最大静摩擦力与滑动摩擦力之比约为10:7，故C正确；
D．根据，可知，由于不知道物块的重力，故无法求物块与木板间的动摩擦因数，故D错误。
故选C。
2.2019年全国卷Ⅱ 22.如图（a），某同学设计了测量铁块与木板间动摩擦因数的实验。所用器材有：铁架台、长木板、铁块、米尺、电磁打点计时器、频率50Hz的交流电源，纸带等。回答下列问题：
（1）铁块与木板间动摩擦因数μ=______（用木板与水平面的夹角θ、重力加速度g和铁块下滑的加速度a表示）
（2）某次实验时，调整木板与水平面的夹角θ=30°。接通电源。开启打点计时器，释放铁块，铁块从静止开始沿木板滑下。多次重复后选择点迹清晰的一条纸带，如图（b）所示。图中的点为计数点（每两个相邻的计数点间还有4
个点未画出）。重力加速度为9.8 m/s2。可以计算出铁块与木板间的动摩擦因数为_____________（结果保留2位小数）。
答案： (1). (2). 0.35
解析：（1）由，解得：…… ①
（2）由逐差法 得：SII=（76.39-31.83）×10-2m， T=3×0.1 s， SI=（31.83-5.00）×10-2m，
故，
代入①式，得：
3.2018年全国卷II、23．（9分）
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秤相连，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下表中给出，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
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图线；
（3）f与m、木块质量M、木板与木块之间的动摩擦因数?及重力加速度大小g之间的关系式为 ，图线（直线）的斜率的表达式为 ；
（4）取，由绘出的图线求得 。（保留2位有效数字）
答案：（1）2.75 （2）如图所示
（3） （4）0.40
解析：（1）指针在2.7与2.8之间，估读为2.75N
（2）在描点连线时要注意尽可能让点在直线上，如果没法在直线上也要均匀分布在直线的两侧，来减小误差，作图如下：
（3）木块受到的是滑动摩擦力，根据滑动摩擦力的定义知
所以图线（直线）的斜率的表达式为k=μg
（4）取g=9.80m/s2，取图线上相距较远的两点求斜率，则
4.2015年理综新课标Ⅱ卷22. （6分）
某同学用图（a）所示的实验装置测量物块与斜面的动摩擦因数。已知打点计时器所用电源的频率为50Hz，物块下滑过程中所得到的纸带的一部分如图（b）所示，图中标出了5个连续点之间的距离。
（1）物块下滑时的加速度a=m/s2，打C点时物块的速度v= m/s;
（2）已知重力加速度大小为g，为求出动摩擦因数，还必须测量的物理量是 （填
正确答案标号）
A． 物块的质量 B． 斜面的高度 C ．斜面的倾角
解析：（1）根据纸带数据可知：加速度；
打C点时物块的速度
（2）由牛顿第二定律得：加速度，所以求出动摩擦因数，还需测量的物理量是斜面的倾角。
5.2013年新课标I卷22.（7分）
图(a)为测量物块与水平桌面之间动摩擦因数的实验装置示意图。实验步骤如下: ①用天平测量物块和遮光片的总质量M、重物的质量m；用游标卡尺测量遮光片的宽度d；用米尺测最两光电门之间的距离s；
②调整轻滑轮，使细线水平:
③让物块从光电门A的左侧由静止释放，用数字毫秒计分别测出遮光片经过光电门A和光电门B所用的时间△tA和△tB,求出加速度a；
④多次重复步骤③，求a的平均;
⑤根据上述实验数据求出动擦因数μ。
回答下列问题：
(1) 测量d时，某次游标卡尺(主尺的最小分度为1mm)的示如图（b）所示。其读数为 cm
（2）物块的加速度a可用d、s、△tA,和△tB,表示为a 。
（3）动摩擦因数μ可用M、m、;和重力加速度g表示为μ=
（4）如果细线没有调整到水平，由此引起的误差属于 （填“偶然误差”或”系统误差” ）
【解析】(1)游标卡尺测量数据不需要估读，主尺读数为：9mm，游标尺读数为：0.05mm×12=0.60mm，所以读数为：9mm+0.60mm=9.6mm=0.960cm
(2)根据结合位移速度关系式：
有：
(3)对重物和小物块整体受力分析：，解得；
（4）如果细线没有调到水平，会使实验数据测量偏大或偏小，由于固定因素引起的误差叫做系统误差。
6. 2013年全国卷大纲版
23．（12分）测量小物块Q与平板P之间的动摩擦因数的实验装置如图所示。AB是半径足够大的光滑的四分之一圆弧轨道，与水平固定放置的P板的上表面BC在B点相切，C点在水平地面的垂直投影为C ′。重力加速度大小为g。实验步骤如下：
①用天平称出物块Q的质量m；
②测量出轨道AB的半径R、BC的长度L和CC ′的长度h；
③将物块Q在A点从静止释放，在物块Q落地处标记其落点D；
④重复步骤③，共做10次；
⑤将10个落地点用一个尽量小的圆围住，用米尺测量圆心到C ′ 的距离s。
⑴用实验中的测量量表示：
(I)物块Q到达B点时的动能EkB= ；
(II)物块Q到达C点时的动能EkC= ；
(III)在物块Q从B运动到C的过程中，物块Q克服摩擦力做的功Wf = ；
(IV)物块Q与平板P之间的动摩擦因数μ= 。
⑵回答下列问题：
(I)实验步骤④⑤的目的是 。
(II)已知实验测得的μ值比实际值偏大，其原因除了实验中测量量的误差之外，其它的可能是 _____________________。（写出一个可能的原因即可）。
答案：(1) (ⅰ)(2分)；（ⅱ）(2分)；（ⅲ）(2分)（ⅳ）(2分)
(2) (ⅰ)减小实验偶然误差(2分)；（ⅱ）圆弧轨道存在摩擦、接缝B处不平滑(2分，只要写出的原因合理，就给这2分)。
解析：(1) (ⅰ)QB段机械能守恒，因此=(2分)；
（ⅱ）过C点后小物块做平抛运动，由、求得速度，则=(2分)；
（ⅲ）由动能定理得 (2分)；
（ⅳ）由代入上式得=(2分)
(2) (ⅰ)减小实验偶然误差(2分)；（ⅱ）圆弧轨道存在摩擦、接缝B处不平滑(2分，只要写出的原因合理，就给这2分)。
7. 2012年物理江苏卷
11. (10分)为测定木块与桌面之间的动摩擦因数,小亮设计了如图所示的装置进行实验. 实验中,当木块A位于水平桌面上的O点时,重物B刚好接触地面. 将A拉到P点,待B稳定后静止释放,A最终滑到Q点. 分别测量OP、OQ的长度h和s. 改变h,重复上述实验,分别记录几组实验数据.
(1)实验开始时,发现A释放后会撞到滑轮. 请提出两个解决方法.
(2)请根据下表的实验数据作出s-h关系的图象.
h(cm) 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0
s(cm) 19.5 28.5 39.0 48.0 56.5
(3)实验测得A、B的质量分别为m=0.40 kg、M=0.50kg. 根据s-h图象可计算出A木块与桌面间的动摩擦因数μ＝____________ (结果保留一位有效数字)
(4)实验中,滑轮轴的摩擦会导致μ的测量结果________________ (选填“偏大”或“偏小”).
【答案】（1）减小B的质量，增加细线的长度，或增大A的质量，降低B的起始高度。
（2）如图所示
（3）0.4
（4）偏大
【解析】（1）实验开始时发现A释放后会撞到滑轮，主要是加速度过大或加速时间过长，可以通过减小B的质量或增大A的质量来减小加速度，通过增加细线的长度或降低B的起始高度来缩短加速时间。
（2）s－h图象如图所示。
（3）在B下落至临落地时，据动能定理，有，
在B落地后，A运动到Q，据动能定理，有，解得：。
将M=0.5kg，m=0.4kg代入得=，从图象得斜率，即，代入上式得。
（4）本实验测动摩擦因数的原理是动能定理，如果考虑克服滑轮摩擦做功W，则， ，求得，如果忽略克服滑轮摩擦做功，则动摩擦因数偏大。
8. 2011年理综山东卷23.（1）
某探究小组设计了“用一把尺子测定动摩擦因数”的实验方案。如图所示，将一个小球和一个滑块用细绳连接，跨在斜面上端。开始时小球和滑块均静止，剪断细绳后，小球自由下落，滑块沿斜面下滑，可先后听到小球落地和滑块撞击挡板的声音。保持小球和滑块释放的位置不变，调整挡板位置，重复以上操作，直到能同时听到小球落地和滑块撞击挡板的声音。用刻度尺测出小球下落的高度H、滑块释放点与挡板处的高度差h和沿斜面运动的位移x。（空气阻力对本实验的影响可以忽略）
①滑块沿斜面运动的加速度与重力加速度的比值为________。
②滑块与斜面间的动摩擦因数为__________________。
③以下能引起实验误差的是________。
a．滑块的质量 b．当地重力加速度的大小
c．长度测量时的读数误差 d．小球落地和滑块撞击挡板不同时
答案：①； ②； ③c d；
解析：①滑动沿斜面做初速度为零的匀加速直线运动，有，
小球做自由落体运动，有，所以 。
②对滑块受力分析，根据牛顿第二定律得.
即 解得
③ 由①②分析知，c、d能引起实验误差。
9. 2011年理综重庆卷
22.（2）某同学设计了如图3所示的装置，利用米尺、秒表、轻绳、轻滑轮、轨道、滑块、托盘和砝码等器材来测定滑块和轨道间的动摩擦因数μ。滑块和托盘上分别放有若干砝码，滑块质量为M，滑块上砝码总质量为m′，托盘和盘中砝码的总质量为m。实验中，滑块在水平轨道上从A到B做初速为零的匀加速直线运动，重力加速度g取10m/s2。
①为测量滑块的加速度a，须测出它在A、B间运动的 _____与 ，计算a的运动学公式是_________；
②根据牛顿运动定律得到a与m的关系为：，他想通过多次改变m，测出相应的a值，并利用上式来计算μ。若要求a是m的一次函数，必须使上式中的_____保持不变，实验中应将从托盘中取出的砝码置于 ；
③实验得到a与m的关系如图4所示，由此可知μ= （取两位有效数字）
答案：①位移 时间
② m＋m′ ；滑块上 ③0.23（0.21～0.25）
解析：①滑块在水平轨道上从A到B做初速为零的匀加速直线运动，根据变形得，所以需要测量的是位移和时间。
②以m为研究对象，；以为研究对象，
消去绳子的拉力T，解得加速度，化简可得
将加速度的表达式与数学中的一次函数类比， “”就相当于图像的斜率k，为了保证图像斜率不变，要求保持不变，在实验中就要把从小车上拿下的砝码放置到托盘中，从托盘中拿下的砝码放置到小车上。 “”相当于纵轴截距.在图像上取两个点（64×10-3,0.23）、（67×10-3,0.35），写出直线的两点式方程，化简得，方程中的“-2.3”就是直线的纵轴截距，所以，因为，所以 （在0.21到0.25之间是正确的）
10. 2014年理综山东卷
21（8分）某实验小组利用弹簧秤和刻度尺，测量滑块在木板上运动的最大速度。实验步骤：
①用弹簧秤测量橡皮泥和滑块的总重力，记作G；
②将装有橡皮泥的滑块放在水平木板上，通过水平细绳和固定弹簧秤相连，如图甲所示。在A端向右拉动木板，等弹簧秤示数稳定后，将读数记作F；
③改变滑块上橡皮泥的质量，重复步骤①②；实验数据如下表所示：
G/N 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00
F/N 0.59 0.83 0.99 1.22 1.37 1.61
④如图乙所示，将木板固定在水平桌面上，滑块置于木板上左端C处，细绳跨过定滑轮分别与滑块和重物P连接，保持滑块静止，测量重物P离地面的高度h；
⑤滑块由静止释放后开始运动并最终停在木板上的D点（未与滑轮碰撞），测量C、D间的距离s。
完成下列作图和填空：
（1）根据表中数据在给定的坐标纸（见答题卡）上作出F—G图线。
（2）由图线求得滑块和木板间的动摩擦因数μ＝____________（保留2位有效数字）
（3）滑块最大速度的大小＝____________（用h、s、μ和重力加速度g表示。）
【答案】（1）如右图所示
（2）0.40（0.38、0.39、0.41、0.42均正确）
（3）
【解析】（1）F—G图线如图示
（2）根据图像的斜率表示动摩擦因数，可得μ=0.4，
（3）P落地后滑块又前进了(s-h)的距离才停止运动，在这段时间内做减速运动，根据
v2=2a(s-h), 而加速度a=μg,可得最大速度为
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