解:(1)①由圖示實驗可知,甲方案中拉動物體A,不需要控制物體A做勻速直線運(yùn)動,且彈簧測力計靜止,便于彈簧測力計讀數(shù);
乙方案中用彈簧測力計拉動A,需要控制A做勻速直線運(yùn)動,難于控制A做勻速直線運(yùn)動,另一當(dāng)面彈簧測力計是運(yùn)動的,難于準(zhǔn)確讀數(shù),因此甲方案更易于操作.
②由題意可知,在甲方案中,兩物體接觸面受到的壓力等于B的重力,即N=150N,彈簧測力計a的示數(shù)等于兩物體接觸面間摩擦力的大小,即f=60N.
由公式f=μN(yùn)得,動摩擦因素μ=
=
=0.4.
(2)①因為一張紙的重力太小,兩張紙間的滑動摩擦力太小,不便于進(jìn)行實驗,把紙帶貼在木塊與木板上,增大了紙間的壓力,增大了摩擦力,易于進(jìn)行實驗,便于測出摩擦力,所以要把紙貼在木塊A和木板B上進(jìn)行實驗.
②實驗中需要再添加一個彈簧測力計,如圖所示,用彈簧測力計把木塊A固定在豎直墻壁上,用沙桶拉動木板B運(yùn)動,讀出彈簧測力計的示數(shù)F,AB間的滑動摩擦力f=F,f=μF
N=μMg,則動摩擦因數(shù)μ=
=
;
(3)取側(cè)面的一粒沙作為研究對象,其受力情況如圖所示.
設(shè)圓錐的高為H、底面半徑為R、底面周長為S,據(jù)平衡條件,有
mgsinθ=F
f ①
F
N=mgcosθ ②
F
f=μF
N ③
解得μ=tanθ
根據(jù)幾何關(guān)系,有tanθ=
④
S=2πR ⑤
由以上解得:μ=
,由此可知,需要測量沙堆的高度H與沙堆的地面周長S..
故答案為:(1)①甲;②0.4.
(2)①可增大正壓力從而增大摩擦力,便于測量.
②需要添加彈簧測力計,實驗裝置如圖所示;μ=
;
(3)①測量沙堆的高度H和沙堆的底面周長s;②μ=
.
分析:(1)①實驗中我們是根據(jù)拉力與摩擦力是一對平衡力的原理,才通過測力計讀出摩擦力大小的,因此,在操作時要保持物體做勻速直線運(yùn)動,這也是實驗操作中較難保持的地方,方案甲很好地解決了這一問題;②根據(jù)公式f=μN(yùn)可對動摩擦因數(shù)進(jìn)行計算,但關(guān)鍵是要分析出摩擦力f的大小.
(2)①在動摩擦因數(shù)一定的情況下,物體間的壓力越大,滑動摩擦力越大,越便于測出摩擦力大小.
②可讓A與彈簧測力計相連且固定不動,讓沙桶帶動B運(yùn)動,從而測出動摩擦因數(shù).
(3)抓住細(xì)沙不再下滑這一臨界狀態(tài),選擇一粒沙進(jìn)行研究分析,得出力學(xué)平衡等式.
點評:(1)本題考查了作用力與反作用力、平衡力的關(guān)系,并且要判斷在不同的情況下接觸面受到的正壓力的大小,特別是注意根據(jù)給出的各個彈簧測力計的示數(shù),分析判斷出要用哪一個數(shù)據(jù),是解答本題的難點,這對于學(xué)生有一定的迷惑性.
(2)控制木塊做勻速直線運(yùn)動比較困難,原實驗方案不好,可以用彈簧測力計拉住木塊,讀出彈簧測力計的示數(shù),即可求出兩張紙間的滑動摩擦力,木板的運(yùn)動狀態(tài)不受限制,木板可以做勻速運(yùn)動,也可做變速運(yùn)動.
(3)善于把力學(xué)中的平衡知識應(yīng)用到生活當(dāng)中,這是高考的熱點.