2023届高考物理一轮复习：测量动摩擦因数实验

2023高考一轮知识点精讲和最新高考题模拟题同步训练

第十章力学创新实验

专题52测量动摩擦因数实验

第一部分知识点精讲

一、.力学创新型实验的特点

⑴以基本的力学模型为载体，依托运动学规律和力学定律设计实验.

⑵将实验的基本方法一一控制变量法、处理数据的基本方法一一图像法、逐差法融入到实

验的综合分析之中.

(3)实验器材的等效与替换

(i).用气垫导轨代替长木板:应调整导轨水平，不必平衡摩擦力.

(ii).用光电门、频闪相机代替打点计时器.

(iii).用电子秤或已知质量的钩码等代替弹簧测力计.

2.创新实验题的解法

⑴根据题目情境,提取相应的力学模型，明确实验的理论依据和实验目的，设计实验方案.

⑵进行实验，记录数据，应用原理公式或图像法处理实验数据，结合物体实际受力情况和理论

受力情况对结果进行误差分析.

二'近五年高考物理创新实验题的特点

1.源于教材但不拘泥于教材

分析近五年全国卷实验题发现，全部实验题均“源于教材而不拘泥于教材，源于经典

实验而发展经典实验”，高度体现了2017年版课程标准提出的“注重体现物理学科本质，

培养学生物理学科核心素养”的理念和“科学探究”为主体的实验评价方式。

2.创设情境引导学生设计与创新

实验设计已成为高考题的亮点，这类试题以“某同学"''某小组"为主角创设一个新

的实验目的，但深入研究会发现，提供的实验器材和运用的基本原理都是学生熟悉的，只

是需要学生深入理解每一个器材的作用、每一个原理的意义，才能完成设计。这类试题要

求学生深入理解教材中实验所涉及的每一个知识、方法、原理，并能够在新的实验目的下

迁移、重组并应用。

总之，实验题的原理和方法均源于《课程标准》要求的实验，但试题更加注重在新情境

下的迁移与应用，在考查基础知识的基础上更加注重创新思维能力的考查。三、指向深度

探究的实验复习的必要性

传统的实验复习，学生大多缺少真实体验探究的机会，教师“说”、学生“背”实验

的现象普遍存在，即使做实验，也是学生根据教师提供的实验器材，按照规定的实验步骤

进行程式化操作，学生很少经历自主设计实验的机会。纸笔训练和测试成为常见的强化实

验复习的主要手段，显然，这样的复习方式不利于学生迁移与应用能力的提高，更不利于

学生创新思维能力的培养。

所以，实验复习应该以教材中的实验为抓手，引导学生经历深度探究，亲身体验物理

知识的应用价值，进而主动理解知识、掌握方法、形成观念。

四、指向深度探究的实验复习策略

教材中的每一个实验必然是基于观察和实验提出问题、形成猜想和假设（即实验目的）,

并进一步设计实验与制订方案（即实验原理），最后基于证据得出结论并给出解释（实验步骤、

数据处理、误差分析）。高三的实验复习中，只有引导学生再次经历探究过程，才能引发学

生关于实验设计思想的深度思考，如果在高考中遇见新的实验题目，才能自主完善设计。

所以，对待每一个实验，都要引导学生深入研究实验目的、实验原理、综合考虑实验原则

来设计思路，完善实验方案。

动摩擦因数的测量可以依据滑动摩擦力公式，利用常用的实验器材设计实验进行测量，

也可以利用牛顿运动定律和动能定理利用打点计时器、光电门、斜面等器材设计实验进行测

量。

测定动摩擦因数实验一般结合在“测量做直线运动物体的瞬时速度”“探究加速度与

物体受力、物体质量的关系”或“探究平抛运动的特点”等实验中考查。实验的原理是：

利用打点计时器等器材测出物体做匀变速运动的加速度，再利用牛顿第二定律计算动摩擦

因数，或者利用平衡条件、动能定理或能量守恒定律等计算动摩擦因数。

实验方法创新思维实验原理

利用J=/=〃N求〃

将研究运动物体转化为研究

静止物体

让物块先做加速直线运动，匀减速运动中，利用逐差法

打点计-A时A器-n物块卵线滑轮

&重物当重物掉到地面上之后物块求加速度，利用F=囚ng—

做匀减速直线运动ma进一步求〃

打点计时器将动摩擦因数的测量转化为利用〃=gsin/zgcos9求

角度的测量[i（a通过逐差法求解）

利用v2-v2=2as和动力学

光电门光电门将动摩擦因数的测量转化为BA

歌唱j噢lx轻潸轮知识得到〃=仁婷如

加速度的测量

A^B过程中，机械能守恒；

将动摩擦因数转化为速度的C-。过程中，物块。做平抛

21j测量，并营造多过程切入水运动；8-C过程中，对物块

也

平滑动情景Q只有摩擦力做功，利用吗

=5£-%，进一步求〃

第二部分最新高考题精选

1.（5分）（2021高考全国甲卷）为测量小铜块与瓷砖表面间的动摩擦因数，一同学将贴有

标尺的瓷砖的一端放在水平桌面上，形成一倾角为a的斜面（已知sin（x=0.34,cosa=0.94）,

小铜块可在斜面上加速下滑，如图所示。该同学用手机拍摄小铜块的下滑过程，然后解析视

频记录的图像，获得5个连续相等时间间隔（每个时间间隔△T=0.20s）内小铜块沿斜面下

滑的距离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

由表中数据可得，小铜块沿斜面下滑的加速度大小为m/s2,小铜块与瓷胸表面间的

动摩擦因数为=（结果均保留2位有效数字，重力加速度大小取9.80m/s2）

【参考答案】0.430.32

（•%+•—4）

【名师解析】由逐差法和口x=aT2,解得小铜块沿斜面下滑的加速度大小为a=―（2A7）：

=0.43m/s2,由牛顿第二定律，mgsina-umgcosa=ma,解得：小铜块与瓷砖表面间的动摩擦

因数为口=0.32.

2.（2019全国理综H卷22）（5分）

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〃=（用木板与水平面的夹角。、重力加速度g和

铁块下滑的加速度。表示）

（2）某次实验时，调整木板与水平面的夹

角6=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9.8m/s20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）。

/15.00：1ft,单位：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

【参考答案】（1）M=------—（2分）（2）P=0.34（3分）

gcost）

【命题意图】本题考查动摩擦因数测量、牛顿第二定律及其相关知识点。

psin0-a

【解题思路】（1）由牛顿第二定律，mgsin。-umgcos。=ma,解得：□=------—。（2）

geos5。

两个相邻计数点之间的时间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全国理综n）某学生用图（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只带的一部分

如图（6）所示，图中标出了5个连续点之间的距离。

下滑是的加速度好m/s2；打点C点时物块的速度尸

（2）已知重力加速度大小为g,求出动摩擦因数，还需测量的物理量是（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

【答案】⑴3.25；1.79；（2）C

,（X+x）-（X+x）,

【解析】（1）根据纸带数据可知：加速度。M一匚=3.25m/s；打

4T2

%

点C点时物块的速度1=.=L79m/s

（2）由牛顿第二定律得：加速度a=gsin°-pigcos。，所以求出动摩擦因数，还需测

量的物理量是斜面的倾角。

第三部分最新模拟题精选

1.（2022广东江门模拟）某同学利用一根压缩的弹簧来弹开带有遮光片的滑块测量滑块与木

板间的动摩擦因数。实验装置如图所示，将木板水平固定在桌面上，弹簧的左端固定

在挡板上，右端与滑块刚好接触（但不连接），然后将光电门固定在木板上靠近滑块处。实

验步骤如下：

遮光片i»、

挡板滑块d光电门主尺2

HX-----M0游标尺10

图（a）图（b）

（1）用游标卡尺测量遮光片的宽度d,其示数如图（6）所示，d=cm；

（2）将光电门连接计时器，让滑块压缩弹簧至尸点（图（。）中未画出），释放后滑块被

弹开并沿木板向右滑动，计时器记录遮光片通过光电门的时间/V,再测量滑块停止时的位

置与光电门的距离无，则可用表示滑块经过光电门时速度的大小；

（3）改变尸点的位置，多次重复步骤（2）；

1

（4）若用L-X图像处理数据，所得图像如图（c）所示，设重力加速度为g,则由图线

可得滑块与木板间的动摩擦因素日=（用物理量的符号表示）。

1

ad2

□.——,

2bg

图（c）

【名师解析】

（1）[1]游标卡尺的示数d=1cm+2x0.1mm=1.02cm.

d

（2）[2]滑块经过光电门时速度的大小为丫=7①

（4）[3]物块从光电门到停止运动，由牛顿第二定律得同处=②

由匀变速直线运动速度和位移的关系得V2=2ax③

1211gx

由①②③可得XT

d2

a2u.ead2

结合图（c）可得图像的斜率7=解得日=寸

b2bg

2.（6分）（2021江西九校协作体联考）某学习小组利用打点计时器来测量滑块与木板间

的动摩擦因数，让滑块仅在摩擦力的作用下在水平木板上减速滑行，纸带连在滑块上,

打出的纸带如图所示，图中的A、B、C、D、E为每隔四个点选取的计数点，打点计时

>ABCD单位：皿E、

（K5.4斑7.82/一10/8>I<1Z55乂,

器所用交流电源的频率为50Hz,测得相邻计数点间距离标在图中，重力加速度g取

10m/s2„

（1）滑块与纸带的端相连；（填“左”或“右”）

（2）滑块与木板间的动摩擦因数为。（结果保留三位有效数字）

（3）各步操作均正确的情况下，考虑到纸带与打点计时器限位孔之间也存在摩擦，会导致

此实验中动摩擦因数的测量值与真实值相比会（填“偏大”、“偏小”或“不

变，，）

【参考答案】（1）右（2分）（2）0.180（2分）（3）偏大（2分）

【名师解析】

（1）由于滑块仅在摩擦力的作用下在水平木板上减速滑行，所以滑块与纸带的右端相连;

X—X

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

（2）依据纸带上的数据求出滑块减速滑行的加速度大小4管。（3）纸

带与打点计时器限位孔之间也存在摩擦，会导致滑块运动中受到的摩擦力比滑块与木板间的

摩擦力大，因此实验中动摩擦因数的测量值与真实值相比会偏大。

3.（2020浙江七彩阳光名校联盟模拟）为了测量木块与长木板之间的动摩擦因数，小周、

小钱两位同学分别设计了如下实验：

（1）小周同学先将木块挂到一弹簧上，如甲所示，测出弹簧的长度再将木块放置在水

平的长木板上，弹簧的一端连着木块，另一端固定在墙上，如图乙所示。拉动长木板，将其

图甲

图乙

)*••*-•1

♦I0.99I*H—233—

单位：cm

图丁

图内

从木块的下方缓缓抽出，在拉动过程中，测得弹簧的长度L2.要测得动摩擦因数，还必须

测量的一个物理量为（写出物理量的名称并用字母表示），由该实验测得动摩擦因数

的表达式为产o（用测得的物理量的字母及4、A等表示）

（2）小钱同学的设计如图丙所示。他在长木板的一端固定一个定滑轮，将其放置在水平桌

面上，木块连着打点计时器上（交流电频率为50Hz）的纸带，用一细绳连接木块，细绳跨

过滑轮，另一端挂一钩码。放手后，钩码拉动木块，木块先做匀加速运动，钩码着地后，木

块开始做匀减速运动，得到一条纸带，其减速时的纸带上打点情况如图丁所示，则木块减速

时的加速度就S2（结果保留两位有效数字）。若当地重力加速度为g,则乙测得的

动摩擦因数的表达式为「0（用相关的物理量的字母表示）

【参考答案】（1）弹簧的原长％;泞；（2）4.2；，

【命题意图】本题考查动摩擦因数测量实验、纸带数据处理及其相关知识点，考查的核

心素养是“实验探究”。【解题思路】

（1）小周同学的方案是通过测量木块的重力G（等于木块对木板的压力尸N）和摩擦力号，

再根据〃=W来求得动摩擦因数，因为结果是两个力的比值，所以不需要测量力的具体数值，

只需知道两个力的相对大小，即可测得结果。

弹簧弹力的大小正比于弹簧的形变量，要求弹簧的形变量，必须测量弹簧的原长4。

13。），F=k（LfL0）,

Ff

（2）加速度a=詈，取T=0.04s,

△X=g--cm=0.0067m,得a=4.2m/s20

钩码着地后，拉力消失，木块水平方向只受木板的摩擦阻力，

得F=ma,

又F/mg,

所以“=1=5。

【关键一步】根据滑动摩擦力公式，F广吗,测量动摩擦因数的关键是测量出压力FN和滑

动摩擦力Ff,然后根据U=腔计算出动摩擦因数。

4.（2021河南信阳罗山第二次调研）某课外活动小组通过如图甲所示的实验装置测量滑

动摩擦因数.将一木板用垫块垫高形成斜面，在木板底端B处固定一个光电门以测量物体

通过该处时的速度，实验时滑块由距地面无高的A处静止释放，测出滑到8点的速度”改变

垫块的数量，从而改变木板的倾斜程度，但始终保持释放点A到B点的水平距离（即8、C间

的距离）L=0.8m不变.重复实验，最后做出如图乙所示的H-铲图像，

斜程度更大时，为了保证L不变，滑块下滑到底端8点的位移将

（填“变大”“变小”或“不变”）

（2）滑块与木板间的动摩擦因数〃=

（3）若所用木板更粗糙些，重复上述实验步骤，得到的图像的斜率将（填“变

大，，“变小，，或“不变，，）

【参考答案】变大（2分）0.375（3分）不变（2分）

【命题意图】探究影响摩擦力的大小的因素

【名师解析】

L

（1）根据几何关系得出滑块下滑到底端B点的位移”二而，

木板倾斜程度更大时，为了保证（即B、C间的距离）L=0.8m不变，滑块下滑到底端B

点的位移将变大.

（2）根据图像得廿=0时，h=0.3,即此时滑块处于平衡状态，

根据牛顿第二定律得刖。cos8=mgsind

0.3

tanb=777;=0.375

M=0.8,

（3）若所用木板更粗糙一些，重复上述实验步骤，

根据动能定理得：mgsindxh/sinOymgcosBmgsin9xh/sin0=1mv2,

2

所以若所用木板更粗糙一些，重复上述实验步骤，得到的图像的斜率将不变.

5（6分）（2021湖北宜昌重点高中质检）其研究性学习小组设计实验测量“某品牌的运动鞋鞋

底与室内篮球馆木地板之间动摩擦因数的大小“，简要步骤如下：

（1）找来学校球馆的一块长木板固定在水平桌面上，在木板左端固定一光滑小滑轮，右

端固定电磁打点计时器；

（2）用塑料袋装一些沙子，塞入鞋中，并测出鞋和沙子的总质量接着把鞋子放在长

木板上，把一轻质细线的一端固定在鞋子上，使鞋子能够沿细线方向做直线运动，再将细线

绕过小滑轮，细线另一端拴一小桶，鞋子连接纸带穿过打点计时器，纸带保持水平。

（3）释放小桶，使鞋子能由静止开始加速运动，打出的纸带如图所示，0、1、2、3、4、

5、6为计数点，相邻计数点之间有四个计时点没有画出，用刻度尺测量出两点之间的距离

如图所示分别为［=L81cm、s,=2.10cm、-2.40cm>-2.70Cm>-3.01Cm>

s=3.30cm,打点计时器所接交流电频率为/=50Hz,可算出运动的力口速度。=_________

6

m/s2（保留两位有效数字）；用天平测出小桶的质量为机，则鞋底与木板之间的动摩擦因

数表达式为口=;（用M、加、g、。表示）

/卜S,土内士——-----44参考答

（0123456）

mg-（M+m）a

案】.0.30

Mg

【名师解析】（3）［1］根据逐差法

(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根据牛顿第二定律-RMg=（M+m）a

mg-("+m)tz

解得日二------市-------

Mg

6.（本题9分）（2022广东佛山重点高中质检）某研究小组利用如图所示实验器材测量滑块和

长木板之间的动摩擦因数。带滑轮的长木板水平放置，力传感器固定在墙上，轻绳分别跨过

固定在滑块上和固定在长木板左端的滑轮，一端与力传感器连接，另一端竖直悬挂一沙桶,

沙桶距地面足够远。调节两滑轮使轻绳与长木板平行，不计轻绳与各滑轮之间的摩擦。

（1）下列操作或要求必须进行

或满足的是（填选项前的字母）。

A.用天平测出滑块的质量〃B.用天平测沙和沙桶的总质

ABCDEFG

量mC.使沙和沙桶的总质量m远小于滑块质量M

D.将长木板右端垫高以平衡摩擦力

E.记录力传感器的示数/

（2）已知打点计时器使用的交流电频率为50Hz,选取A至G的7个点为计数点，且各计

数点间均有4个点没有画出，测得5、C、。、E、F、G各点到A点的距离依次是5.29cm、

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

・m/s2（结果保留三位有效数字）。

（3）实验时，由纸带上的点求出加速度心根据（1）中测量的数据，已知当地重力加速度

为g，可以得出滑块和长木板间的动摩擦因数的表达式〃=

IF-Ma

【参考答案】.AE0.480m/s2

Mg

【名师解析】（1）由于使用了力传感器，可直接读出轻绳的拉力，故不需要使沙和沙桶的总

质量远小于滑块质量，也不需要测量沙和沙桶的总质量；因为是测量滑块与长木板之间的动

摩擦因数，所以不需要将长木板右端垫高以平衡摩擦力。根据实验原理可知2尸-日落=Ma