题目内容

【题目】为了测量小滑块与水平桌面间的动摩擦因数,某小组设计了如图甲所示的实验装置,其中挡板可固定在桌面上,轻弹簧左端与挡板相连,图中桌面高为h,O1O2ABC点在同一水平直线上.已知重力加速度为g,空气阻力可忽略不计.

实验过程一:如图甲所示,挡板固定在O1点,推动滑块压缩弹簧,滑块移到A处,测量O1A的距离.滑块由静止释放,落在水平面上的P点,测出P点到桌面右端的水平距离为x1.

实验过程二:如图乙所示,将挡板的固定点移到距O1点距离为dO2点,推动滑块压缩弹簧,滑块移到C处,使Q2C的距离与O1A的距离相等。滑块由静止释放,落在水平面上的Q点,测出Q点到桌面右端的水平距离为x2.

(1)为完成本实验,下列说法中正确的是_______

A.必须测出小滑块的质量 B.必须测出弹簧的劲度系数

C.弹簧的压缩量不能太小 D.必须测出弹簧的原长

(2)写出动摩擦因数的表达式μ=________(用题中所给物理量的符号表示)

(3)在进行实验过程二时,发现滑块未能滑出桌面.为了仍能测量小滑块与水平桌面间的动摩擦因数,实验小组测量出滑块停止滑动的位置到B点的距离l.写出动摩擦因数的表达式μ=________.(用题中所给物理量的符号表示)

(4)某同学认为,不测量桌面高度,改用秒表测出小滑块从飞离桌面到落地的时间,也可测出小滑块与水平桌面间的动摩擦因数,此实验方案_______.(选填可行不可行”)

【答案】 (1)C (2) (3) (4)不可行

【解析】两种情况下弹簧做的功相等,物块滑出桌面时的动能是弹簧做功与摩擦力做功的和;求出滑块滑过不同距离下的摩擦力做的功,即可求出摩擦力的大小与摩擦因数的大小。通过动摩擦因数的表达式,来确定实验操作细节。

解:滑块离开桌面后做平抛运动,,得

滑块第1次离开桌面时的速度

滑块第2次离开桌面时的速度

滑块第1次滑动的过程中由动能定理得

滑块第1次滑动的过程中由动能定理得

由上式联立可得

整理可得

(1)由于,可知与弹簧的长度、弹簧的劲度系数、以及滑块的质量都无关要想让滑块顺利画出桌面,弹簧的压缩量不能太小C正确

(2)由以上分析可知

(3)若在进行实验过程二时滑块未能滑出桌面由动能定得可结合过程一的分析,联立可得

(4)不可行,原因是滑块在空中飞行时间很短,难以把握计时起点和终点,秒表测时间误差较大。

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