重庆市垫江中学彭华
动摩擦因素是力学中非常重要的物理量,应用于高中物理解题的各个方面。本文列举三种测定动摩擦因素的方法:
一、用平衡摩擦力的方法测动摩擦因素
方法:装置如图1所示,在长木板的一端下方垫上木垫,使长木板倾斜,反复移动木垫的位置,直到物体恰能在斜面上做匀速直线运动时,测出斜面的倾角为θ。
解析物体匀速下滑,其摩擦阻力恰好与重力的下滑分力平衡,即
,解得动摩擦因素
点评该方法测得的结果误差较大。其误差来源主要有:物体的运动不是绝对的匀速直线运动;用量角器测斜面倾角有较大误差等,一般不选用。
二、用二力平衡法测动摩擦因素
方法:如图2所示,木板平放在水平面上,再将物体放在木板上,弹簧秤的一端固定在墙上,另一端与物体相连接,通过细线水平拉动木板;稳定后读出弹簧秤的示数为,用天平测出物体的质量为m。
解析稳定后物体不动,即受力平衡,则
竖直方向:支持力等于物体的重力,即
水平方向:弹簧秤的读数等于其滑动摩擦力,即
解得动摩擦因素
点评该方法方便,测量准确,没有系统误差。
三、用功能方法测动摩擦因素
方法:如图3所示,将两块相同的木板按图的方式放置(其中一块水平,另一块倾斜,两者之间平滑连接),将物体每次都从倾斜木板上的同一位置A点由静止释放,找出物体停止在水平木板上的平均位置B点,测出两位置A、B间的水平距离L和竖直高度h,求出物体与木板间的动摩擦因素。
解析物体由A到B,由动能定理得:
由于滑动摩擦力做功和倾角无关,即
解得动摩擦因素:(与斜面倾角无关)
点评该方法操作方便,测量数据小,误差小,但容易受器材限制(不一定提供相同的两块木板)。两板连接处虽略有机械能损失,但适当增大物体下滑的高度来减小实验误差。