题目内容
15.如图甲所示,力传感器A与计算机相连接,可获得力随时间变化的规律.将力传感器固定在水平桌面上,测力端通过轻质细绳与一滑块相连,调节传感器高度使细绳水平,滑块放在较长的小车上,滑块的质量m=1.5kg,小车的质量为M=1.65kg.一根轻质细绳跨过光滑的轻质滑轮,其一端连接小车,另一端系一只空沙桶,调节滑轮使桌面上部细绳水平,整个装置处于静止状态.现打开传感器,同时缓慢向沙桶里倒入沙子,当小车刚好开始运动时,立即停止倒沙子.若力传感器采集的F-t图象如图乙所示,重力加速度g取10m/s2,则:(1)滑块与小车间的动摩擦因数μ=0.2;若忽略小车与水平桌面间的摩擦,小车稳定运动的加速度大小a=0.25m/s2.
(2)若实验中传感器测力端与滑块间的细绳不水平,左端略低一些,由此而引起的摩擦因数μ的测量结果偏大(填“偏大”或“偏小”).
分析 (1)当小车由静止刚好开始运动时,滑块与小车间的摩擦力是最大静摩擦力,此时小车处于静止状态,第小车进行受力分析求出沙桶及所装沙子的总质量,对滑块进行受力分析,由图象求出传感器对滑块的拉力,由平衡条件求出滑块受到的摩擦力,进而求出动摩擦力因数;对沙桶及所装沙子、小车进行受力分析,根据牛顿第二定律列式,联立方程即可求解加速度.
(2)根据实验原理与操作,左端略低一些,可判定属于系统误差,从而导致滑动摩擦力变大,进而分析测量结果变化情况.
解答 解:(1)当小车由静止刚好开始运动时,滑块与小车间的摩擦力是最大静摩擦力,由图乙所示图象可知,
滑块与小车间的最大静摩擦力fmax=3.5N,
此时沙桶及所装沙子的总重力m0g=fmax,
解得:m0=$\frac{3.5}{10}$=0.35kg
由图乙所示图象可知,稳定后,滑块的滑动摩擦力f=3.0N,
由f=μmg
解得:μ=$\frac{f}{mg}=\frac{3}{1.5×10}$=0.2;
对沙桶及所装沙子,根据牛顿第二定律得:
m0g-T=m0a…①
对小车运用牛顿第二定律得:
T-f=Ma…②
由①②解得:a=0.25m/s2
(2)由于左端略低一些,导致压力增大,则滑动摩擦力偏大,因此动摩擦因数μ的测量结果偏大;
故答案为:(1)0.2,0.25;(2)偏大
点评 本题难度不大,对滑块、沙桶及所装沙子、小车正确受力分析,应用牛顿第二定律即可正确解题,由图乙所示图象求出传感器拉力大小是正确解题的关键,及掌握寻找误差分析的根源是解题的突破口.
练习册系列答案
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(1)根据表格中数据可求得,0.4s时木块的速度v=0.4m/s;
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(3)若测得木板与水平面间的夹角为37°,取重力加速度g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8.则木块与木板间动摩擦因数μ=0.625.
时刻t/s | 0.1 | 0.2 | 0.3 | 0.4 | 0.5 | 0.6 | 0.7 |
距离x/cm | 31.5 | 30.0 | 27.5 | 24.0 | 19.5 | 14.0 | 7.5 |
(2)此过程中木块运动的加速度a=1m/s2.
(3)若测得木板与水平面间的夹角为37°,取重力加速度g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8.则木块与木板间动摩擦因数μ=0.625.
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