Question

19．如图1所示，质量为M的滑块A放在气垫导轨B上，C为位移传感器，它能将滑块A到传感器C的距离数据即时传送到计算机上，经计算机处理后在屏幕上显示滑块A的位移-时间（x-t）图象和速率-时间（v-t）图象．整个装置置于高度可调节的斜面上，斜面的长度为l、高度为h．（取重力加速度g=9.8m/s²，结果保留一位有效数字）

（1）现给滑块A一沿气垫导轨向上的初速度，A的v-t图象如图2所示，从图象可得滑块A下滑时的加速度a=6m/s²，摩擦力对滑块A运动的影响不明显，可忽略．（填“明显，不可忽略”或“不明显，可忽略”）
（2）此装置还可用来验证牛顿第二定律：实验时通过改变斜面高度h，可验证质量一定时，加速度与力成正比的关系；实验时通过改变滑块质量M和斜面高度h，可验证力一定时，加速度与质量成反比的关系．
（3）将气垫导轨换成滑板，滑块A换成滑块A′，给滑块A′一沿滑板向上的初速度，A′的x-t图象如图3所示，图象不对称是由于存在摩擦力造成的．通过图象，可以求出滑块与滑板间的动摩擦因数μ=0.3，滑板的倾角θ的正弦值sinθ=0.6．

Answer 1

分析 根据v-t图象求出该图象的斜率，其斜率的绝对值就是加速度大小．
从v-t图象中我们发现两条倾斜直线的斜率绝对值大小几乎相等，说明滑块A沿气垫导轨上下运动加速度大小相等．
实验运用控制变量法研究．
对滑块进行运动和受力分析，运用牛顿第二定律结合运动学公式解决问题．

解答 解：（1）从图象可以看出，滑块上滑和下滑过程中的加速度基本相等，所以摩擦力对滑块的运动影响不明显，可以忽略．
根据加速度的定义式可以得出：a=$\frac{v-{v}_{0}}{t}$=$\frac{3.0-0}{0.5}$m/s²=6m/s²
（2）牛顿第二定律研究的是加速度与合外力和质量的关系．当质量一定时，可以改变力的大小，当斜面高度不同时，滑块受到的力不同，可以探究加速度与合外力的关系．由于滑块下滑加速的力是由重力沿斜面向下的分力提供，
所以要保证向下的分力不变，应该使Mg•$\frac{h}{l}$不变，所以应该调节滑块的质量及斜面的高度，且使Mh不变．
（3）滑板与滑块间的滑动摩擦力比较大，导致图象成抛物线形．
从图上可以读出，滑块上滑和下滑时发生位移大小约为：x=0.84m-0.20m=0.64m
上滑时间约为t₁=0.4s，下滑时间约为t₂=0.6s，上滑时看做反向匀加速运动，
根据动学规律有：x=$\frac{1}{2}$a₁t₁²，
根据牛顿第二定律有：mgsinθ+μmgcosθ=ma₁
下滑时，有x=$\frac{1}{2}$a₂t₂²，
mgsinθ-μmgcosθ=ma₂
联立解得：sinθ=0.6，
θ=arcsin0.58，
μ=0.3；
故答案为：（1）6；不明显，可忽略；（2）斜面高度h，滑块质量M和斜面高度h；（3）存在摩擦力，0.3，0.6．

点评 解答本题关键是能够把v-t图象运用物理规律结合数学知识解决问题．对滑块进行运动和受力分析，运用牛顿第二定律结合运动学公式解决问题．