板块模型（一）滑块与木板的相对运动

实验目的

分析滑块与木板间的摩擦力，理解两者加速度、速度变化及共速条件。

实验原理

滑块与木板发生相对滑动时，二者间为滑动摩擦力 f = μN，方向相反，需分别对滑块和木板用牛顿第二定律求加速度。两者速度相等时，要判断能否相对静止：若共同运动所需的静摩擦力不超过最大静摩擦力，则一起运动，否则继续相对滑动。相对位移等于两者位移之差，摩擦产生的热量 Q = f·Δx。

实验器材

• 滑块
• 木板
• 水平接触面
• 速度与位移的显示

实验步骤

1. 观察滑块与木板的初始位置和初始运动状态。
2. 启动演示，观察滑块相对木板的运动方向。
3. 分别画出滑块、木板的受力图，判断摩擦力方向。
4. 比较两者加速度，观察各自速度随时间的变化。
5. 找出两者速度相等的时刻，判断之后的运动情况。
6. 比较两者位移，求出滑块相对木板的位移。

实验现象与结论

相对滑动阶段，滑块与木板之间的摩擦力大小相等、方向相反，两者各自做匀变速运动。速度相等时相对滑动结束，之后能否共同运动取决于所需静摩擦力是否超过最大静摩擦力。滑块在木板上滑过的距离即相对位移，可用于计算摩擦生热。

注意事项

• 先确定各接触面是否光滑及动摩擦因数。
• 注意区分对地位移与相对位移。

常见问题

板块模型中什么时候算共速？

滑块与木板对地速度相等时共速，此时相对滑动停止，需再判断之后能否保持相对静止。

相对位移怎么求？

同向运动时，相对位移等于同一时间内两物体对地位移之差，也可用相对速度与相对加速度计算。