2023屆高考物理一輪復習：測量動摩擦因數(shù)實驗

2023高考一輪知識點精講和最新高考題模擬題同步訓練

第十章力學創(chuàng)新實驗

專題52測量動摩擦因數(shù)實驗

第一部分知識點精講

一、.力學創(chuàng)新型實驗的特點

⑴以基本的力學模型為載體，依托運動學規(guī)律和力學定律設(shè)計實驗.

⑵將實驗的基本方法一一控制變量法、處理數(shù)據(jù)的基本方法一一圖像法、逐差法融入到實

驗的綜合分析之中.

(3)實驗器材的等效與替換

(i).用氣墊導軌代替長木板:應調(diào)整導軌水平，不必平衡摩擦力.

(ii).用光電門、頻閃相機代替打點計時器.

(iii).用電子秤或已知質(zhì)量的鉤碼等代替彈簧測力計.

2.創(chuàng)新實驗題的解法

⑴根據(jù)題目情境,提取相應的力學模型，明確實驗的理論依據(jù)和實驗目的，設(shè)計實驗方案.

⑵進行實驗，記錄數(shù)據(jù)，應用原理公式或圖像法處理實驗數(shù)據(jù)，結(jié)合物體實際受力情況和理論

受力情況對結(jié)果進行誤差分析.

二'近五年高考物理創(chuàng)新實驗題的特點

1.源于教材但不拘泥于教材

分析近五年全國卷實驗題發(fā)現(xiàn)，全部實驗題均“源于教材而不拘泥于教材，源于經(jīng)典

實驗而發(fā)展經(jīng)典實驗”，高度體現(xiàn)了2017年版課程標準提出的“注重體現(xiàn)物理學科本質(zhì)，

培養(yǎng)學生物理學科核心素養(yǎng)”的理念和“科學探究”為主體的實驗評價方式。

2.創(chuàng)設(shè)情境引導學生設(shè)計與創(chuàng)新

實驗設(shè)計已成為高考題的亮點，這類試題以“某同學"''某小組"為主角創(chuàng)設(shè)一個新

的實驗目的，但深入研究會發(fā)現(xiàn)，提供的實驗器材和運用的基本原理都是學生熟悉的，只

是需要學生深入理解每一個器材的作用、每一個原理的意義，才能完成設(shè)計。這類試題要

求學生深入理解教材中實驗所涉及的每一個知識、方法、原理，并能夠在新的實驗目的下

遷移、重組并應用。

總之，實驗題的原理和方法均源于《課程標準》要求的實驗，但試題更加注重在新情境

下的遷移與應用，在考查基礎(chǔ)知識的基礎(chǔ)上更加注重創(chuàng)新思維能力的考查。三、指向深度

探究的實驗復習的必要性

傳統(tǒng)的實驗復習，學生大多缺少真實體驗探究的機會，教師“說”、學生“背”實驗

的現(xiàn)象普遍存在，即使做實驗，也是學生根據(jù)教師提供的實驗器材，按照規(guī)定的實驗步驟

進行程式化操作，學生很少經(jīng)歷自主設(shè)計實驗的機會。紙筆訓練和測試成為常見的強化實

驗復習的主要手段，顯然，這樣的復習方式不利于學生遷移與應用能力的提高，更不利于

學生創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)。

所以，實驗復習應該以教材中的實驗為抓手，引導學生經(jīng)歷深度探究，親身體驗物理

知識的應用價值，進而主動理解知識、掌握方法、形成觀念。

四、指向深度探究的實驗復習策略

教材中的每一個實驗必然是基于觀察和實驗提出問題、形成猜想和假設(shè)（即實驗目的）,

并進一步設(shè)計實驗與制訂方案（即實驗原理），最后基于證據(jù)得出結(jié)論并給出解釋（實驗步驟、

數(shù)據(jù)處理、誤差分析）。高三的實驗復習中，只有引導學生再次經(jīng)歷探究過程，才能引發(fā)學

生關(guān)于實驗設(shè)計思想的深度思考，如果在高考中遇見新的實驗題目，才能自主完善設(shè)計。

所以，對待每一個實驗，都要引導學生深入研究實驗目的、實驗原理、綜合考慮實驗原則

來設(shè)計思路，完善實驗方案。

動摩擦因數(shù)的測量可以依據(jù)滑動摩擦力公式，利用常用的實驗器材設(shè)計實驗進行測量，

也可以利用牛頓運動定律和動能定理利用打點計時器、光電門、斜面等器材設(shè)計實驗進行測

量。

測定動摩擦因數(shù)實驗一般結(jié)合在“測量做直線運動物體的瞬時速度”“探究加速度與

物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系”或“探究平拋運動的特點”等實驗中考查。實驗的原理是：

利用打點計時器等器材測出物體做勻變速運動的加速度，再利用牛頓第二定律計算動摩擦

因數(shù)，或者利用平衡條件、動能定理或能量守恒定律等計算動摩擦因數(shù)。

實驗方法創(chuàng)新思維實驗原理

利用J=/=〃N求〃

將研究運動物體轉(zhuǎn)化為研究

靜止物體

讓物塊先做加速直線運動，勻減速運動中，利用逐差法

打點計-A時A器-n物塊卵線滑輪

&重物當重物掉到地面上之后物塊求加速度，利用F=囚ng—

做勻減速直線運動ma進一步求〃

打點計時器將動摩擦因數(shù)的測量轉(zhuǎn)化為利用〃=gsin/zgcos9求

角度的測量[i（a通過逐差法求解）

利用v2-v2=2as和動力學

光電門光電門將動摩擦因數(shù)的測量轉(zhuǎn)化為BA

歌唱j噢lx輕潸輪知識得到〃=仁婷如

加速度的測量

A^B過程中，機械能守恒；

將動摩擦因數(shù)轉(zhuǎn)化為速度的C-。過程中，物塊。做平拋

21j測量，并營造多過程切入水運動；8-C過程中，對物塊

也

平滑動情景Q只有摩擦力做功，利用嗎

=5￡-%，進一步求〃

第二部分最新高考題精選

1.（5分）（2021高考全國甲卷）為測量小銅塊與瓷磚表面間的動摩擦因數(shù)，一同學將貼有

標尺的瓷磚的一端放在水平桌面上，形成一傾角為a的斜面（已知sin（x=0.34,cosa=0.94）,

小銅塊可在斜面上加速下滑，如圖所示。該同學用手機拍攝小銅塊的下滑過程，然后解析視

頻記錄的圖像，獲得5個連續(xù)相等時間間隔（每個時間間隔△T=0.20s）內(nèi)小銅塊沿斜面下

滑的距離5（7=1,2,3,4,5）,如下表所示。

S|

§3

4$2$3$4$5

5.87cn7.58cm9.31cm11.02cm12.74cm

由表中數(shù)據(jù)可得，小銅塊沿斜面下滑的加速度大小為m/s2,小銅塊與瓷胸表面間的

動摩擦因數(shù)為=（結(jié)果均保留2位有效數(shù)字，重力加速度大小取9.80m/s2）

【參考答案】0.430.32

（?%+?—4）

【名師解析】由逐差法和口x=aT2,解得小銅塊沿斜面下滑的加速度大小為a=―（2A7）：

=0.43m/s2,由牛頓第二定律，mgsina-umgcosa=ma,解得：小銅塊與瓷磚表面間的動摩擦

因數(shù)為口=0.32.

2.（2019全國理綜H卷22）（5分）

如圖（a）,某同學設(shè)計了測量鐵塊與木板間動摩擦因數(shù)的實驗。所用器材有：鐵架臺、

長木板、鐵塊、米尺、電磁打點計時器、頻率50Hz的交流電源，紙帶等?；卮鹣铝袉栴}:

（1）鐵塊與木板間動摩擦因數(shù)〃=（用木板與水平面的夾角。、重力加速度g和

鐵塊下滑的加速度。表示）

（2）某次實驗時，調(diào)整木板與水平面的夾

角6=30。。接通電源。開啟打點計時器，釋放鐵塊，鐵塊從靜止開始沿木板滑下。多次重復

后選擇點跡清晰的一條紙帶，如圖（b）所示。圖中的點為計數(shù)點（每兩個相鄰的計數(shù)點間

還有4個點未畫出）。重力加速度為9.8m/s20可以計算出鐵塊與木板間的動摩擦因數(shù)為_

（結(jié)果保留2位小數(shù)）。

/15.00：1ft,單位：cm?L

i11i

11111.

11iii

1*1,96」iii

11iii

11i

20*9011ii?i

iii

!31.831i??

i44.70iii

L59.57

76.39

-------------------------------------------?)

月sin0—a

【參考答案】（1）M=------—（2分）（2）P=0.34（3分）

gcost）

【命題意圖】本題考查動摩擦因數(shù)測量、牛頓第二定律及其相關(guān)知識點。

psin0-a

【解題思路】（1）由牛頓第二定律，mgsin。-umgcos。=ma,解得：□=------—。（2）

geos5。

兩個相鄰計數(shù)點之間的時間T=5Xl/50s=0.10s,由逐差法和△x=aTz,可a=2.OOm/s?。代入

?sin0-a”,

u=------7T—,解得u=0.34o

gcosb

3.（6分）（2015全國理綜n）某學生用圖（a）所示的實驗裝置測量物塊與斜面的動摩擦因

數(shù)。已知打點計時器所用電源的頻率為50Hz,物塊下滑過程中所得到的只帶的一部分

如圖（6）所示，圖中標出了5個連續(xù)點之間的距離。

下滑是的加速度好m/s2；打點C點時物塊的速度尸

（2）已知重力加速度大小為g,求出動摩擦因數(shù)，還需測量的物理量是（填正確答案標

號）

A.物塊的質(zhì)量B.斜面的高度C.斜面的傾角

【答案】⑴3.25；1.79；（2）C

,（X+x）-（X+x）,

【解析】（1）根據(jù)紙帶數(shù)據(jù)可知：加速度。M一匚=3.25m/s；打

4T2

%

點C點時物塊的速度1=.=L79m/s

（2）由牛頓第二定律得：加速度a=gsin°-pigcos。，所以求出動摩擦因數(shù)，還需測

量的物理量是斜面的傾角。

第三部分最新模擬題精選

1.（2022廣東江門模擬）某同學利用一根壓縮的彈簧來彈開帶有遮光片的滑塊測量滑塊與木

板間的動摩擦因數(shù)。實驗裝置如圖所示，將木板水平固定在桌面上，彈簧的左端固定

在擋板上，右端與滑塊剛好接觸（但不連接），然后將光電門固定在木板上靠近滑塊處。實

驗步驟如下：

遮光片i?、

擋板滑塊d光電門主尺2

HX-----M0游標尺10

圖（a）圖（b）

（1）用游標卡尺測量遮光片的寬度d,其示數(shù)如圖（6）所示，d=cm；

（2）將光電門連接計時器，讓滑塊壓縮彈簧至尸點（圖（。）中未畫出），釋放后滑塊被

彈開并沿木板向右滑動，計時器記錄遮光片通過光電門的時間/V,再測量滑塊停止時的位

置與光電門的距離無，則可用表示滑塊經(jīng)過光電門時速度的大?。?/p>

（3）改變尸點的位置，多次重復步驟（2）；

1

（4）若用L-X圖像處理數(shù)據(jù)，所得圖像如圖（c）所示，設(shè)重力加速度為g,則由圖線

可得滑塊與木板間的動摩擦因素日=（用物理量的符號表示）。

1

ad2

□.——,

2bg

圖（c）

【名師解析】

（1）[1]游標卡尺的示數(shù)d=1cm+2x0.1mm=1.02cm.

d

（2）[2]滑塊經(jīng)過光電門時速度的大小為丫=7①

（4）[3]物塊從光電門到停止運動，由牛頓第二定律得同處=②

由勻變速直線運動速度和位移的關(guān)系得V2=2ax③

1211gx

由①②③可得XT

d2

a2u.ead2

結(jié)合圖（c）可得圖像的斜率7=解得日=寸

b2bg

2.（6分）（2021江西九校協(xié)作體聯(lián)考）某學習小組利用打點計時器來測量滑塊與木板間

的動摩擦因數(shù)，讓滑塊僅在摩擦力的作用下在水平木板上減速滑行，紙帶連在滑塊上,

打出的紙帶如圖所示，圖中的A、B、C、D、E為每隔四個點選取的計數(shù)點，打點計時

>ABCD單位：皿E、

（K5.4斑7.82/一10/8>I<1Z55乂,

器所用交流電源的頻率為50Hz,測得相鄰計數(shù)點間距離標在圖中，重力加速度g取

10m/s2?

（1）滑塊與紙帶的端相連；（填“左”或“右”）

（2）滑塊與木板間的動摩擦因數(shù)為。（結(jié)果保留三位有效數(shù)字）

（3）各步操作均正確的情況下，考慮到紙帶與打點計時器限位孔之間也存在摩擦，會導致

此實驗中動摩擦因數(shù)的測量值與真實值相比會（填“偏大”、“偏小”或“不

變，，）

【參考答案】（1）右（2分）（2）0.180（2分）（3）偏大（2分）

【名師解析】

（1）由于滑塊僅在摩擦力的作用下在水平木板上減速滑行，所以滑塊與紙帶的右端相連;

X—X

a=_CE-----4=1.80m/s2

（2）依據(jù)紙帶上的數(shù)據(jù)求出滑塊減速滑行的加速度大小4管。（3）紙

帶與打點計時器限位孔之間也存在摩擦，會導致滑塊運動中受到的摩擦力比滑塊與木板間的

摩擦力大，因此實驗中動摩擦因數(shù)的測量值與真實值相比會偏大。

3.（2020浙江七彩陽光名校聯(lián)盟模擬）為了測量木塊與長木板之間的動摩擦因數(shù)，小周、

小錢兩位同學分別設(shè)計了如下實驗：

（1）小周同學先將木塊掛到一彈簧上，如甲所示，測出彈簧的長度再將木塊放置在水

平的長木板上，彈簧的一端連著木塊，另一端固定在墻上，如圖乙所示。拉動長木板，將其

圖甲

圖乙

)*??*-?1

?I0.99I*H—233—

單位：cm

圖丁

圖內(nèi)

從木塊的下方緩緩抽出，在拉動過程中，測得彈簧的長度L2.要測得動摩擦因數(shù)，還必須

測量的一個物理量為（寫出物理量的名稱并用字母表示），由該實驗測得動摩擦因數(shù)

的表達式為產(chǎn)o（用測得的物理量的字母及4、A等表示）

（2）小錢同學的設(shè)計如圖丙所示。他在長木板的一端固定一個定滑輪，將其放置在水平桌

面上，木塊連著打點計時器上（交流電頻率為50Hz）的紙帶，用一細繩連接木塊，細繩跨

過滑輪，另一端掛一鉤碼。放手后，鉤碼拉動木塊，木塊先做勻加速運動，鉤碼著地后，木

塊開始做勻減速運動，得到一條紙帶，其減速時的紙帶上打點情況如圖丁所示，則木塊減速

時的加速度就S2（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）。若當?shù)刂亓铀俣葹間,則乙測得的

動摩擦因數(shù)的表達式為「0（用相關(guān)的物理量的字母表示）

【參考答案】（1）彈簧的原長％;濘；（2）4.2；，

【命題意圖】本題考查動摩擦因數(shù)測量實驗、紙帶數(shù)據(jù)處理及其相關(guān)知識點，考查的核

心素養(yǎng)是“實驗探究”?！窘忸}思路】

（1）小周同學的方案是通過測量木塊的重力G（等于木塊對木板的壓力尸N）和摩擦力號，

再根據(jù)〃=W來求得動摩擦因數(shù)，因為結(jié)果是兩個力的比值，所以不需要測量力的具體數(shù)值，

只需知道兩個力的相對大小，即可測得結(jié)果。

彈簧彈力的大小正比于彈簧的形變量，要求彈簧的形變量，必須測量彈簧的原長4。

13。），F(xiàn)=k（LfL0）,

Ff

（2）加速度a=詈，取T=0.04s,

△X=g--cm=0.0067m,得a=4.2m/s20

鉤碼著地后，拉力消失，木塊水平方向只受木板的摩擦阻力，

得F=ma,

又F/mg,

所以“=1=5。

【關(guān)鍵一步】根據(jù)滑動摩擦力公式，F(xiàn)廣嗎,測量動摩擦因數(shù)的關(guān)鍵是測量出壓力FN和滑

動摩擦力Ff,然后根據(jù)U=腔計算出動摩擦因數(shù)。

4.（2021河南信陽羅山第二次調(diào)研）某課外活動小組通過如圖甲所示的實驗裝置測量滑

動摩擦因數(shù).將一木板用墊塊墊高形成斜面，在木板底端B處固定一個光電門以測量物體

通過該處時的速度，實驗時滑塊由距地面無高的A處靜止釋放，測出滑到8點的速度”改變

墊塊的數(shù)量，從而改變木板的傾斜程度，但始終保持釋放點A到B點的水平距離（即8、C間

的距離）L=0.8m不變.重復實驗，最后做出如圖乙所示的H-鏟圖像，

斜程度更大時，為了保證L不變，滑塊下滑到底端8點的位移將

（填“變大”“變小”或“不變”）

（2）滑塊與木板間的動摩擦因數(shù)〃=

（3）若所用木板更粗糙些，重復上述實驗步驟，得到的圖像的斜率將（填“變

大，，“變小，，或“不變，，）

【參考答案】變大（2分）0.375（3分）不變（2分）

【命題意圖】探究影響摩擦力的大小的因素

【名師解析】

L

（1）根據(jù)幾何關(guān)系得出滑塊下滑到底端B點的位移”二而，

木板傾斜程度更大時，為了保證（即B、C間的距離）L=0.8m不變，滑塊下滑到底端B

點的位移將變大.

（2）根據(jù)圖像得廿=0時，h=0.3,即此時滑塊處于平衡狀態(tài)，

根據(jù)牛頓第二定律得刖。cos8=mgsind

0.3

tanb=777;=0.375

M=0.8,

（3）若所用木板更粗糙一些，重復上述實驗步驟，

根據(jù)動能定理得：mgsindxh/sinOymgcosBmgsin9xh/sin0=1mv2,

2

所以若所用木板更粗糙一些，重復上述實驗步驟，得到的圖像的斜率將不變.

5（6分）（2021湖北宜昌重點高中質(zhì)檢）其研究性學習小組設(shè)計實驗測量“某品牌的運動鞋鞋

底與室內(nèi)籃球館木地板之間動摩擦因數(shù)的大小“，簡要步驟如下：

（1）找來學校球館的一塊長木板固定在水平桌面上，在木板左端固定一光滑小滑輪，右

端固定電磁打點計時器；

（2）用塑料袋裝一些沙子，塞入鞋中，并測出鞋和沙子的總質(zhì)量接著把鞋子放在長

木板上，把一輕質(zhì)細線的一端固定在鞋子上，使鞋子能夠沿細線方向做直線運動，再將細線

繞過小滑輪，細線另一端拴一小桶，鞋子連接紙帶穿過打點計時器，紙帶保持水平。

（3）釋放小桶，使鞋子能由靜止開始加速運動，打出的紙帶如圖所示，0、1、2、3、4、

5、6為計數(shù)點，相鄰計數(shù)點之間有四個計時點沒有畫出，用刻度尺測量出兩點之間的距離

如圖所示分別為［=L81cm、s,=2.10cm、-2.40cm>-2.70Cm>-3.01Cm>

s=3.30cm,打點計時器所接交流電頻率為/=50Hz,可算出運動的力口速度。=_________

6

m/s2（保留兩位有效數(shù)字）；用天平測出小桶的質(zhì)量為機，則鞋底與木板之間的動摩擦因

數(shù)表達式為口=;（用M、加、g、。表示）

/卜S,土內(nèi)士——-----44參考答

（0123456）

mg-（M+m）a

案】.0.30

Mg

【名師解析】（3）［1］根據(jù)逐差法

(s+s+s)-G+s+s)[(2.70+3.01+3.30)-(1.81+2.10+2.40)]x10-2

a=—---5--------19

(3x0.1%解

(9.01-6.31)x10-2

得a=------------------=0.30m/s2

0.09

⑵根據(jù)牛頓第二定律-RMg=（M+m）a

mg-("+m)tz

解得日二------市-------

Mg

6.（本題9分）（2022廣東佛山重點高中質(zhì)檢）某研究小組利用如圖所示實驗器材測量滑塊和

長木板之間的動摩擦因數(shù)。帶滑輪的長木板水平放置，力傳感器固定在墻上，輕繩分別跨過

固定在滑塊上和固定在長木板左端的滑輪，一端與力傳感器連接，另一端豎直懸掛一沙桶,

沙桶距地面足夠遠。調(diào)節(jié)兩滑輪使輕繩與長木板平行，不計輕繩與各滑輪之間的摩擦。

（1）下列操作或要求必須進行

或滿足的是（填選項前的字母）。

A.用天平測出滑塊的質(zhì)量〃B.用天平測沙和沙桶的總質(zhì)

ABCDEFG

量mC.使沙和沙桶的總質(zhì)量m遠小于滑塊質(zhì)量M

D.將長木板右端墊高以平衡摩擦力

E.記錄力傳感器的示數(shù)/

（2）已知打點計時器使用的交流電頻率為50Hz,選取A至G的7個點為計數(shù)點，且各計

數(shù)點間均有4個點沒有畫出，測得5、C、。、E、F、G各點到A點的距離依次是5.29cm、

11.05cm、17.30cm、24.01cm、31.22cm、38.92cm。由此可知滑塊下滑的加速度a

?m/s2（結(jié)果保留三位有效數(shù)字）。

（3）實驗時，由紙帶上的點求出加速度心根據(jù)（1）中測量的數(shù)據(jù)，已知當?shù)刂亓铀俣?/p>

為g，可以得出滑塊和長木板間的動摩擦因數(shù)的表達式〃=

IF-Ma

【參考答案】.AE0.480m/s2

Mg

【名師解析】（1）由于使用了力傳感器，可直接讀出輕繩的拉力，故不需要使沙和沙桶的總

質(zhì)量遠小于滑塊質(zhì)量，也不需要測量沙和沙桶的總質(zhì)量；因為是測量滑塊與長木板之間的動

摩擦因數(shù)，所以不需要將長木板右端墊高以平衡摩擦力。根據(jù)實驗原理可知2尸-日落=Ma