题目内容

8.为测量小滑块与水平桌面间的动摩擦因素,某小组设计了如图所示的实验装置,其中挡板可固定在桌面上,轻弹簧左端与挡板相连,桌面高为h,O1,O2、A、B、C点在桌面的同一水平直线上.一直重力加速度为g,空气阻力可忽略不计,实验过程如下:
过程一:如图甲,挡板固定在O1点,将小滑块放到桌面上,向左推动滑块压缩弹簧,滑块移到A处,测量O1A的距离.将滑块由静止释放,滑块离开桌面后落在水平面上的P点,测出P点到桌面右端的水平距离为x1;
过程二:将挡板的固定点移到距O1点为d的O2点,如图乙,推动滑块压缩弹簧,滑块移到C处,使O2C=O1A.将滑块由静止释放,滑块离开桌面后落在水平地面上的Q点,测出Q点到桌面右端的水平距离为x2.

完成下列填空:
(1)为完成本实验,下列说法正确的是C.
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)写出动摩擦因素的表达式μ=$\frac{{{x}_{1}}^{2}-{{x}_{2}}^{2}}{4dh}$(用题中所给的物理量的符号表示).
(3)已知实验测得的μ值比实际值偏大,其原因除了试验中测量量的误差外,其他可能的原因是滑块受空气阻力等(写出一个即可).
(4)某同学认为,不测量桌面高度,改用秒表测出小滑块从离开桌面到落地的时间,也可测出小滑块与水平桌面间的动摩擦因素.这种方案不可行(选填“可行”或“不可行”),理由是滑块在空中飞行时间很短,秒表测时间误差较大.

分析 从实验操作的步骤可知,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.

解答 解:(1、2)滑块离开桌面后做平抛运动,平抛运动的时间:t=$\sqrt{\frac{2h}{g}}$,
滑块飞行的距离:x=v•t
所以滑块第1次离开桌面时的速度:${v}_{1}={x}_{1}\sqrt{\frac{g}{2h}}$   ①
滑块第2次离开桌面时的速度:${v}_{2}={x}_{2}\sqrt{\frac{g}{2h}}$  ②
滑块第1次滑动的过程中,弹簧的弹力和摩擦力做功,设弹簧做的功是W1,AB之间的距离是x,则:
${W}_{1}-μmgx=\frac{1}{2}m{{v}_{1}}^{2}$  ③
滑块第1次滑动的过程中,W1-μmg•(x+d)    ④
联立①②③④可得:$μmgd=\frac{1}{2}m({{v}_{2}}^{2}-{{v}_{1}}^{2})$
解得μ=$\frac{{{x}_{1}}^{2}-{{x}_{2}}^{2}}{4dh}$,
可知,要测定摩擦因数,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.故C正确.
故选:C.
(3)实验测得的μ值比实际值偏大,其原因除了实验中测量的误差外,其他可能的原因是滑块受到空气阻力作用等.
(4)改用秒表测出小滑块从飞离桌面到落地的时间,来测定小滑块与水平桌面间的动摩擦因数.此实验方案是不可行的,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.
故答案为:(1)C,(2)$\frac{{{x}_{1}}^{2}-{{x}_{2}}^{2}}{4dh}$,(3)滑块受空气阻力等,(4)不可行,滑块在空中飞行时间很短,秒表测时间误差较大.

点评 解决实验问题首先要掌握该实验原理,了解实验的操作步骤和数据处理以及注意事项,同时要熟练应用所学基本规律解决实验问题.

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