题目内容

15.如图1所示,某同学设计了一个测量滑块与木板间的动摩擦因数的实验装置,装有定滑轮的长木板固定在水平实验台上,木板上有一滑块,滑块右端固定一个动滑轮,钩码和弹簧测力计通过绕在滑轮上的轻绳相连,放开钩码,滑块在长木板上做匀加速直线运动.

(1)实验得到一条如图2所示的纸带,相邻两计数点之间的时间间隔为0.1s,由图中的数据可知,滑块运动的加速度大小是2.4m/s2.(计算结果保留两位有效数字)
(2)读出弹簧测力计的示数F,处理纸带,得到滑块运动的加速度a;改变钩码个数,重复实验.以弹簧测力计的示数F为纵坐标,以加速度a为横坐标,得到的图象是纵轴截距为b的一条倾斜直线,如图3所示.已知滑块和动滑轮的总质量为m,重力加速度为g,忽略滑轮与绳之间的摩擦.则滑块和木板之间的动摩擦因数μ=$\frac{2b}{mg}$.

分析 (1)利用逐差法求得加速度
(2)由实验方案可知,滑块受到的拉力为弹簧秤示数的两倍,滑块同时受摩擦力,由牛顿第二定律可得弹簧秤示数与加速度a的关系.由图象可得摩擦因数.

解答 解:(1)加速度为$a=\frac{{x}_{BD}-{x}_{OB}}{4{T}^{2}}=\frac{0.192-0.0961}{4×0.01}m/{s}^{2}$=2.4m/s2
(2)滑块受到的拉力T为弹簧秤示数的两倍,即:
T=2F
滑块受到的摩擦力为:
f=μmg
由牛顿第二定律可得:
T-f=ma
解得力F与加速度a的函数关系式为:
$F=\frac{m}{2}a+\frac{μmg}{2}$
由图象所给信息可得图象截距为:
$b=\frac{2μmg}{2}$
解得:
$μ=\frac{2b}{mg}$
故答案为:2.4,$\frac{2b}{mg}$

点评 本题重点是考察学生实验创新能力及运用图象处理实验数据的能力,对这种创新类型的题目,应仔细分析给定的方案和数据,建立物理模型.

练习册系列答案
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3.某研究小组同学要测量一个未知电源的电动势E及内电阻r.手边的实验器材有:
待测电源 (电动势E约为4V,内阻r 约为0.8Ω),电压表V(量程为1V,内阻RV约为
1KΩ),滑动变阻器R1(0~10.0Ω),滑动变阻器R2(0~100.0Ω),电阻箱R3(0~99.99Ω),
电阻箱R4(0~2.999KΩ),定值电阻R0(阻值为10Ω),开关S,导线若干.
(1)由于电压表V的量程太小,需将电压表量程扩大为3V,则应测量此电压表的内阻RV,该小组同学依据图甲电路进行测量,步骤如下:
①S 断开,使滑动变阻器的滑动片P处于最左端a,并将电阻箱的阻值调为零;
②闭合S,将滑动变阻器的滑动片P由左端缓慢向右滑动,当电压表的读数为满偏值时,滑动片P停止滑动;
③保持滑动变阻器的滑动片P位置不变,调节电阻箱的阻值使电压表的读数为满偏值的一半时,记下电阻箱的阻值Ra=995Ω.该实验中电阻箱应选用R4,滑动变阻器应选用R1.(填入器材所对应的符号)
从以上步骤测得的数据可得,要改装成量程为3V的电压表,该电压表应串联的分压电阻Rb=1990Ω.

(2)研究小组的同学利用题给的电压表(表盘未改动)串联分压电阻Rb构成量程为3V的电压表后,设计了图乙的电路测量电源电动势E及内电阻r.为了使电压表的读数随电阻箱的阻值改变而有较大的变化,在干路上连接了一个阻值为R0的定值电阻,实验过程中通过改变电阻箱的阻值R得到多组对应电压表的读数值U.导出的$\frac{1}{U}$与$\frac{1}{R}$的函数关系式为$\frac{1}{U}=\frac{3}{E}+\frac{{3(r+{R_0})}}{E}\frac{1}{R}$;由此作出$\frac{1}{U}-\frac{1}{R}$的图象如图丙所示,得到图线的截距为b,斜率为k.则电源电动势的表达式为$\frac{3}{b}$; 内阻的表达式为$\frac{k}{b}$-R0.

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