题目内容
I.光电计时器是一种研究物体运动的常用计时器,其结构如图甲所示,a、b 分别是光电门的激光发射和接收装置,当有物体从 a、b 间通过时,光电计时器就可以显示物体的挡光时间.
利用图乙所示装置测定正方体小铁块和由长木板制成的斜面体(包括水平部分,斜面与水平面之间有一小段圆弧连接,长度忽略不计,水平部分足够长,重力加速度为g)间的动摩擦因数μ.
(1)用20个等分刻度的游标卡尺测定小铁块的边长出 mm.( 如图丙所示)
(2)将斜面体置于水平桌面上,斜面顶端 P 悬挂一铅垂线,Q 为锥尖与桌面的接触点,1和 2 是固定在斜面上的两个光电门(与之连接的电路未画出),让小铁块由P点沿斜面滑下,小铁块通过光电门 1、2 的时间分别为△t1、△t2,用米尺测得 l、2 之间的距离为 L(L>>d),则小铁块下滑过程中的加速度 a= ;再利用米尺测出 、 ,就可以测得动摩擦因数 μ.
(3)若光电计时器出现故障不能使用,现只利用米尺测定动摩擦因数 μ,请写出实验方案: 测得的动摩擦因数μ= .(用测定的物理量所对应的字母表示)
利用图乙所示装置测定正方体小铁块和由长木板制成的斜面体(包括水平部分,斜面与水平面之间有一小段圆弧连接,长度忽略不计,水平部分足够长,重力加速度为g)间的动摩擦因数μ.
(1)用20个等分刻度的游标卡尺测定小铁块的边长出
(2)将斜面体置于水平桌面上,斜面顶端 P 悬挂一铅垂线,Q 为锥尖与桌面的接触点,1和 2 是固定在斜面上的两个光电门(与之连接的电路未画出),让小铁块由P点沿斜面滑下,小铁块通过光电门 1、2 的时间分别为△t1、△t2,用米尺测得 l、2 之间的距离为 L(L>>d),则小铁块下滑过程中的加速度 a=
(3)若光电计时器出现故障不能使用,现只利用米尺测定动摩擦因数 μ,请写出实验方案:
分析:(1)游标卡尺读数的方法是主尺读数加上游标读数,不需估读.
(2)铁块通过光电门的时间非常小,因此可以平均速度代替其通过的瞬时速度,据此可以求出铁块通过光电门时的速度大小.
铁块做匀变速直线运动,根据速度和位移关系式可以求出小车的加速度大小.
(3)运用动能定理研究小铁块由顶端从静止滑下,滑至水平板上的C点停下列出等式,结合几何关系求解.
(2)铁块通过光电门的时间非常小,因此可以平均速度代替其通过的瞬时速度,据此可以求出铁块通过光电门时的速度大小.
铁块做匀变速直线运动,根据速度和位移关系式可以求出小车的加速度大小.
(3)运用动能定理研究小铁块由顶端从静止滑下,滑至水平板上的C点停下列出等式,结合几何关系求解.
解答:解:(1)游标卡尺主尺读数为20mm,游标读数为0.05×4=0.20mm,所以最终读数为20.20mm.
(2)铁块通过光电门1时的速度为:v1=
,通过光电门2时的速度为:v2=
根据速度和位移关系式v2
=2ax得
小铁块下滑过程中的加速度 a=
=
,
小铁块下滑过程中受重力、支持力和摩擦力,根据牛顿第二定律得:
a=
=gsinθ-μgcosθ θ为斜面倾角.
μ=
所以再利用米尺测出斜面的高H,斜面的长S,就可以测得动摩擦因数 μ.
(3)实验方案:让小铁块由顶端从静止滑下,滑至水平板上的C点停下,测出顶端的高度h和小铁块在整个过程中的水平位移l
运用动能定理研究小铁块由顶端从静止滑下,滑至水平板上的C点停下,
mgh-μmgcosθ?L-μmgL′=0-0=0,L为斜面的长度,L′为在水平面上滑行的距离.
μ=
Lcosθ为斜面在水平方向的长度,所以l=Lcosθ+L′为小铁块在整个过程中的水平位移.
即μ=
故答案为:(1)20.20
(2)
斜面的高H,斜面的长S,
(3)实验方案:让小铁块由顶端从静止滑下,滑至水平板上的C点停下,测出顶端的高度h和小铁块在整个过程中的水平位移l,
(2)铁块通过光电门1时的速度为:v1=
d |
△t1 |
d |
△t2 |
根据速度和位移关系式v2
-v | 2 0 |
小铁块下滑过程中的加速度 a=
(
| ||||
2L |
d2
| ||||
2
|
小铁块下滑过程中受重力、支持力和摩擦力,根据牛顿第二定律得:
a=
F合 |
m |
μ=
gsinθ-a |
cosθ |
所以再利用米尺测出斜面的高H,斜面的长S,就可以测得动摩擦因数 μ.
(3)实验方案:让小铁块由顶端从静止滑下,滑至水平板上的C点停下,测出顶端的高度h和小铁块在整个过程中的水平位移l
运用动能定理研究小铁块由顶端从静止滑下,滑至水平板上的C点停下,
mgh-μmgcosθ?L-μmgL′=0-0=0,L为斜面的长度,L′为在水平面上滑行的距离.
μ=
h |
Lcosθ+L′ |
Lcosθ为斜面在水平方向的长度,所以l=Lcosθ+L′为小铁块在整个过程中的水平位移.
即μ=
h |
l |
故答案为:(1)20.20
(2)
d2
| ||||
2
|
(3)实验方案:让小铁块由顶端从静止滑下,滑至水平板上的C点停下,测出顶端的高度h和小铁块在整个过程中的水平位移l,
h |
l |
点评:解决本题的关键掌握游标卡尺的读数方法,即主尺读数加上游标读数,不需估读.
加深对平均速度和瞬时速度的理解,只有当时间间隔△t趋向于零时,此时的速度可以认为是瞬时速度.
物体沿斜面下滑是一个重要的物理模型,一定要对该过程中摩擦力、弹力、重力沿斜面的分力、加速度等物理量的变化分析透彻.
加深对平均速度和瞬时速度的理解,只有当时间间隔△t趋向于零时,此时的速度可以认为是瞬时速度.
物体沿斜面下滑是一个重要的物理模型,一定要对该过程中摩擦力、弹力、重力沿斜面的分力、加速度等物理量的变化分析透彻.
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