Question

20．如图（a）由小车、斜面及粗糙程度可以改变的水平长直木板构成伽利略理想斜面实验装置．实验时，在水平长直木板旁边放上刻度尺，小车可以从斜面平稳地滑行到水平长直平面．利用该装置与器材，完成能体现如图（b）“伽利略理想斜面实验思想与方法”的实验推论（设重力加速度为g）

（1）请指出，实验时必须控制的实验条件小车开始时的位置．
（2）请表述，由实验现象可以得出的实验推论：水平面越光滑，小车滑得越远，当水平面完全光滑时，小车将滑向无穷远．
（3）图（C）是每隔△t时间曝光一次得到小车在粗糙水平面上运动过程中的五张照片，测得小车之间的距离分别是S₁、S₂、S₃、S₄，由此可估算出小车与水平面的动摩擦因数μ=$\frac{{S}_{1}+{S}_{2}-{S}_{3}-{S}_{4}}{4g•△{t}^{2}}$（需要用S₁、S₂、S₃、S₄、g、△t字符表示）

Answer 1

分析 （1）根据伽利略“理想实验”的内容、方法、原理分析实验的条件；
（2）根据实验的现象，以及斜面实验的原理分析得出实验的推论；
（3）根据匀变速直线运动的推论求出加速度，然后得出动摩擦因数的表达式．

解答 解：（1）根据伽利略“理想实验”的内容与原理可知，需要小车球到达水平面时的速度是相同的，所以在实验的过程中要求小车从同一个位置释放，可知需要控制的条件为开始时小车的位置；
（2）根据实验的情况，可以得出的结论为：水平面越光滑，小车滑得越远，当水平面完全光滑时，小车将滑向无穷远；
（3）小车在水平面内做匀变速直线运动，结合匀变速直线运动的推论，则：
a=$\frac{{S}_{1}+{S}_{2}-{S}_{3}-{S}_{4}}{4△{t}^{2}}$
根据牛顿第二定律可知：$a=\frac{μmg}{m}=μg$
所以水平面的动摩擦因数：μ=$\frac{{S}_{1}+{S}_{2}-{S}_{3}-{S}_{4}}{4g•△{t}^{2}}$
故答案为：（1）小车开始时的位置；（2）水平面越光滑，小车滑得越远，当水平面完全光滑时，小车将滑向无穷远；（3）$\frac{{S}_{1}+{S}_{2}-{S}_{3}-{S}_{4}}{4g•△{t}^{2}}$

点评 本题要求能理解伽利略的“理想实验”；明确它是建立在可靠的事实基础之上的，它来源于实践，而又高于实践，它是实践和思维的结晶．要理解它在物理方法上的贡献．