Question

4．某同学用如图所示的实验装置测量木块和桌面之间的动摩擦因数．实验步骤如下：
①将滑轮固定在水平桌面的边缘；
②用天平称出木块的质量m、铁块的质量M；
③把木块、铁块系在绳子的两端，使铁块悬空，用刻度尺测出铁块离地面的高度h，标记下绳子拉紧时木块在桌面上的位置；
④释放铁块使之下落，测量出木块在桌面上滑动的距离x．
回答下列问题：
（1）释放铁块后，木块总撞到滑轮，请提出一个解决办法：适当减小开始时B离地面的高的高度，适当增加A、B间细线的长度．
（2）根据实验测量的结果，木块和桌面之间的动摩擦因数μ=$\frac{Mmh}{Mmx-Mmh+{m}^{2}x}$．
（3）绕固定轴转动的物体也具有动能E_r=$\frac{1}{2}$Iω²，其中I是转动惯量，也许你不知道转动惯量的物理意义，但是，如果考虑转动的滑轮具有的转动动能，与真实值相比动摩擦因数的测量值偏大（选填“偏大”或“不变”）

Answer 1

分析 （1）铁块减少的重力势能转化成系统的内能和两者的动能，木块释放后会撞到滑轮，说明铁块减少的势能太多，转化成系统的内能太少，从而找作答依据
（2）根据动能定理求得摩擦因数；
（3）根据动能定理分析误差的拉力元，求得真实摩擦因数与测量摩擦因数的关系

解答 解：（1）铁块减少的重力势能转化成系统的内能和两者的动能，木块释放后会撞到滑轮，说明铁块减少的势能太多，转化成系统的内能太少，可以通过减小铁块的质量；增加细线的长度（或增大木块的质量；降低铁块的起始高度）解决．故解决方法有：增加细线的长度或降低铁块的起始高度
（2）铁块下滑到地面前，则$Mgh-μmgh=\frac{1}{2}（M+m）{v}^{2}$，此后对木块利用动能定理可知-μ=$μmg（x-h）=0-\frac{1}{2}m{v}^{2}$
联立解得μ=$\frac{Mmh}{Mmx-Mmh+{m}^{2}x}$
（3）由于绕固定轴转动的物体也具有动能E_r=$\frac{1}{2}$Iω²，故木块获得的最大动能减小，转化为内能减小，通过的位移不变，故测量的摩擦因数大于真实的摩擦因数，故答案为偏大
故答案为：（1）适当减小开始时B离地面的高的高度，适当增加A、B间细线的长度
（2）$\frac{Mmh}{Mmx-Mmh+{m}^{2}x}$
（3）偏大

点评 在判断此类问题时，要深刻理解动能定理，能量守恒定律，抓住滑轮转动带来的影响即可求得