题目内容

16.如图甲所示,水平平台的右端安装有轻质滑轮,质量为M=2.5kg的物块A放在与滑轮相距l的平台上,现有一轻绳跨过定滑轮,左端与物块连接,右端挂质量为m=0.5kg的小球B,绳拉直时用手托住小球使其在距地面h高处静止,绳与滑轮间的摩擦不计,重力加速度为g(g取10m/s2).设最大静摩擦力等于滑动摩擦力.
(1)某探究小组欲用上述装置测量物块与平台间的动摩擦因数.放开小球,系统运动,该小组对小球匀加速下落过程拍得同一底片上多次曝光的照片如图(乙)所示,拍摄时每隔1s曝光一次,若小球直径为20cm,求物块A与平台间的动摩擦因数μ;
(2)设小球着地后立即停止运动,已知l=3.0m,要使物块A恰好不撞到定滑轮,求小球下落的最大高度h以及A的运动总时间?(假设小球距地面高度足够,结果保留两位有效数字)

分析 (1)根据连续相等时间内的位移之差是一恒量求出加速度的大小,分别隔离对小球和物块A分析,运用牛顿第二定律求出物块A与平台间的动摩擦因数.
(2)小球落地后,物块A做匀减速直线运动,结合牛顿第二定律和速度位移公式求出小球下落的最大高度,和A运动的时间.

解答 解(1)对照片分析知,x 1=60cm,x2=100cm,
由△x=x2-x1=aT2
解得:a=0.4m/s2
小球B,由:mg-FT=ma       
得:F′T-μMg=Ma
    FT=F′T
解得:μ=0.15
(2)对小球A:小球做匀加速直线运动,落地时速度为v,由运动学公式有:v2-0=2ah
对物块A:B从开始下落到着地,A也运动了h,做匀减速直线运动,a′=μg
要使物块不撞到定滑轮,则应满足   v2=2a′(l-h)
代入数值,解得
h=2.375m=2.4m
A的运动总时间$t=\frac{l}{\overline v}=2.2s$
答:(1)物块A与平台间的动摩擦因数是0.15;
(2)设小球着地后立即停止运动,已知l=3.0m,要使物块A恰好不撞到定滑轮,小球下落的最大高度是2.4m,A的运动总时间是2.2s.

点评 本题考查了牛顿第二定律和运动学公式的综合,知道加速度是联系力学和运动学的桥梁.对于第一问,也可以对整体分析,运用牛顿第二定律进行求解.

练习册系列答案
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4.某同学在科普读物上看到:“劲度系数为k的弹簧从伸长量为x到恢复原长过程中,弹力做的功W=$\frac{1}{2}$kx2”.他设计了如下的实验来验证这个结论.

A.将一弹簧的下端固定在地面上,在弹簧附近竖直地固定一刻度尺,当弹簧在竖直方向静止不动时其上端在刻度尺上对应的示数为x1,如图甲所示.
B.用弹簧测力计拉着弹簧上端竖直向上缓慢移动,当弹簧测力计的示数为F时,弹簧上端在刻度尺上对应的示数为x2,如图乙所示.则此弹簧的劲度系数k=$\frac{F}{{x}_{2}-{x}_{1}}$.
C.把实验桌放到弹簧附近,将一端带有定滑轮、两端装有光电门的长木板放在桌面上,使滑轮正好在弹簧的正上方,用垫块垫起长木板不带滑轮的一端,如图丙所示.
D.用天平测得小车(带有遮光条)的质量为M,用游标卡尺测遮光条宽度d的结果如图丁所示,则d=3.5mm.
E.打开光电门的开关,让小车从光电门的上方以一定的初速度沿木板向下运动,测得小车通过光电门A和B时的遮光时间分别为△t1和△t2.改变垫块的位置,重复实验,直到△t1=△t2时保持木板和垫块的位置不变.
F.用细绳通过滑轮将弹簧和小车相连,将小车拉到光电门B的上方某处,此时弹簧上端在刻度尺上对应的示数为x3,已知(x3-x1)小于光电门A、B之间的距离,如图丙所示.由静止释放小车,测得小车通过光电门A和B时的遮光时间分别为△t1′和△t2′.
在实验误差允许的范围内,若$\frac{1}{2}$k(x3-x1)2=$\frac{1}{2}M(\frac{d}{△{t}_{2}′})^{2}$-$\frac{1}{2}M(\frac{d}{△{t}_{1}′})^{2}$(用实验中测量的符号表示),就验证了W=$\frac{1}{2}$kx2的结论.

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