高中物理中測量動摩擦因數的方法分類例析

摘 要：文章主要對高中物理中測量動摩擦因數的方法進行分類例析.從實驗原理出發，從力學的不同視角探討測量動摩擦因數的方法，希望能幫助學生更好地理解動摩擦因數的概念和掌握測量方法，靈活應對這類力學實驗.

關鍵詞：高中物理；動摩擦因數；測量方法

中圖分類號：G632"" 文獻標識碼：A"" 文章編號：1008-0333（2025）04-0092-03

動摩擦因數是描述兩個物體之間滑動摩擦力與正壓力關系的重要物理量[1].在高中物理教學中，測量動摩擦因數是一個重要的實驗內容.通過實驗測量動摩擦因數，不僅可以加深學生對摩擦力概念的理解，還可以培養學生的實驗操作能力和科學探究精神.下面對高中物理中常見的測量動摩擦因數的方法進行分類例析.

1 利用平衡原理測量動摩擦因數

例1 某同學利用一根輕質彈簧測量滑塊與木板間的動摩擦因數.實驗步驟如下：

①不掛物體時，測量彈簧自然懸垂時的長度L0；

②如圖1所示，掛上滑塊，彈簧穩定后，測量彈簧的長度L1；

③如圖2所示，彈簧一端固定，另一端連接滑塊，滑塊放在水平木板上，向右拉動木板，穩定后，測量彈簧的長度L2.

（1）為了測出滑塊與木板間的動摩擦因數，下列說法正確的是.（填字母序號）

A.還需知道彈簧的勁度系數k

B.還需知道當地的重力加速度g

C.第③步需要保持彈簧水平

（2）滑塊與木板間動摩擦因數的計算式為μ=.（用測量量字母表示）

（3）若拉動木板過程，木板在做加速運動，測量的動摩擦因數值會（填“大于”“等于”或“小于”）實際值.

（3）由于滑動摩擦力與滑塊相對木板的運動速度大小無關，木板在做加速運動，不影響動摩擦因數的測量[2].

點評 拉動木板過程中，滑塊處于平衡狀態，根據平衡條件列式即可求解.

2 利用牛頓第二定律測量動摩擦因數

例2 某實驗小組為了測量木塊與桌面間的動摩擦因數，設計了如圖3所示的實驗裝置.將木塊靜止放在水平桌面上用輕繩拉住，輕繩另一端通過定滑輪連接力傳感器與托盤，實驗過程中調節定滑輪使得連接木塊的輕繩與桌面平行，木塊的右側有一寬度為d的遮光條，在桌面上B位置固定有一光電門.

（1）該實驗（填“需要”或“不需要”）讓木塊的質量遠大于砝碼、力傳感器和托盤的總質量；

（2）托盤內放入適量砝碼，使木塊右側位于A點，A、B間距離為L，釋放后木塊做勻加速直線運動，光電門顯示的擋光時間為t0，則木塊的加速度大小為（用已知物理量字母表示）；

解析 （1）實驗中輕繩的拉力可通過力傳感器直接讀出，故不需要讓木塊的質量遠大于砝碼、力傳感器和托盤的總質量.

點評 木塊做勻加速直線運動，先根據運動學知識求出加速度，再根據牛頓第二定律即可解出動摩擦因數.

3 利用動能定理測量動摩擦因數

例3 某小組的同學通過探討設計了一套方案來測量動摩擦因數，實驗裝置如圖5所示，將足夠長的木板固定在水平面上，固定有遮光條的滑塊從光電門的右側以某初速度向左運動，經過一段時間滑塊靜止在光電門的左側某位置，測出遮光條經過光電門時的遮光時間t和滑塊靜止時遮光條到光電門的距離x，改變滑塊的初速度，重復以上操作，已知重力加速度大小為g.

（1）實驗前測得遮光條的寬度為d，含遮光條的滑塊質量為m，則滑塊經過光電門時的動能Ek=（用給定的物理量符號表示）.

（2）下列關于本實驗的說法正確的是（" ）.

A.多次實驗時一定要確保滑塊從同一位置開始運動

B.實驗時可以不用測量含遮光條的滑塊質量

C.遮光條的寬度寬些能減小實驗誤差

點評 若滑動摩擦力是恒力，物體在運動過程中的速度容易獲得，可根據動能定理測量動摩擦因數.本題中巧妙地運用了圖像的斜率與動摩擦因數的關系來求解動摩擦因數，減小了實驗的誤差[3].

4 利用能量守恒定律測量動摩擦因數

例4 利用如圖7所示的裝置探究輕彈簧的彈性勢能.彈簧的左端固定，右端與小滑塊接觸但不連接，小滑塊位于桌面邊緣時彈簧恰好處于原長.向左推小滑塊移動距離s后，由靜止釋放，小滑塊向右移動離開桌面落到水平地面上.測出桌面到地面高度h，桌邊到小滑塊落地點的水平距離x.重力加速度為g，則：

（1）小滑塊離開桌面時的速度大小為；

（3）本實驗中滑塊與桌面間動摩擦因數為，桌面有摩擦對計算彈簧的彈性勢能結果（選填“有影響”或“無影響”）.

點評 運用第（1）（2）問的思路，結合圖像的物理意義來測量動摩擦因數，達到了拓展學生思維的目的.

5 結束語

高中物理中測量動摩擦因數的方法有多種，每種方法都有其特點和適用范圍.在實際教學中，教師可以根據實驗條件和學生的實際情況選擇合適的方法進行實驗教學.通過實驗測量動摩擦因數，可以幫助學生更好地理解摩擦力的概念和掌握物理實驗的方法，提高學生的科學素養和實驗操作能力[4].

參考文獻：

［1］焦君紅.測量動摩擦因數的三種實驗設計思路例析[J].中學生理科應試，2023（03）：26-28.

[2] 張金龍.例析測量動摩擦因數的6種方法[J].高中數理化，2021（Z2）：102-106.

[3] 蔣勇.生活中粗測動摩擦因數[J].物理教學探討，2015，33（12）：57-59.

[4] 雷光錦.談測定動摩擦因數的幾種方法[J].湖南中學物理，2017，32（02）：23，45.