高中物理 相互作用(力)

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高中物理 相互作用(力)

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我们知道滑动摩擦力的大小与滑动摩擦因数是相关的,要测量两个物体之间的滑动摩擦因数,该如何设计实验方案呢?

将滑动摩擦力公式变形得,由此可以看出只要分别测出摩擦力和正压力就可以。测量力可以使用弹簧测力计,实验是在水平面进行的,所以正压力N就是物体的重力G,即,使用弹簧测力计称量一下。

为了测量滑动摩擦力,用弹簧测力计在水平方向上牵引小木块前进,当物体匀速前进时,弹簧测力计上的拉力和小木块所受到的滑动摩擦力就是一对平衡力,利用弹簧测力计上的读数就可以知道滑动摩擦力的大小,即。

以上两个力测量出来以后,就可以利用公式来计算滑动摩擦因数了。

但是在实际操作当中,匀速拉动小木块时,弹簧测力计上的示数通常是持续波动的,根本无法读数。这是因为用手拉动小木块根本无法使其处于平衡状态,弹簧测力计上显示的拉力自然不是一个定值。

为了能够准确的读出这个拉力,可以使小木块始终处于静止状态,改成让下面的木板运动,这样即使木板做的不是精确的匀速直线运动,由于被测量的小木块处于静止状态,平衡条件是始终成立的。

另外用弹簧测力计测量读数不是很精确,可以将其换成拉力传感器,缓慢拉动下方的木板,就可以利用拉力传感器通过计算机直接生成图像。

截取自人教版《高中物理》

在这个图中如何读出滑动摩擦力和最大静摩擦力呢?

一开始小木块和木板都静止,测量的拉力和静摩擦力平衡,随着拉力增大静摩擦力也增大,对应图中的蓝色区域。

到达最大静摩擦之后,静摩擦力就突变成滑动摩擦力,比之前略小一些,对应图中的绿色区域。

有了摩擦力的数值,就可以计算出滑动摩擦因数了。

思考一下,小木块的摩擦因数可以用上述方法进行测量,现在有一张白纸,想知道它和木板间的滑动摩擦因数该怎么进行测量呢?

白纸的质量比较轻,用同样的方法进行测量,白纸的摩擦力和正压力都非常的小,测量误差会比较大。这时可以找一个重物,用白纸包起来,这样就可以将摩擦力和正压力都放大,只要注意测量时接触面是白纸和木板就可以了。

总结

测量物体间的滑动摩擦因数,根据平衡条件测量其它力推算出摩擦力和正压力,就可以用公式进行计算。测量时保持被测物体静止,就可以保证它一直处于平衡状态,通过拉力传感器可以方便的读出滑动摩擦力和最大静摩擦力的大小。



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