Question

6．某同学研究小滑块在水平长木板上运动所受摩擦力的大小，选用的实验器材是：长木板、总质量为m的小滑块、光电门、数字毫秒计、弧形斜面、挡光片、游标卡尺、刻度尺．器材安装如图甲所示．

①主要的实验过程：
（ⅰ）用游标卡尺测量挡光片宽度d，读数如图乙所示，则d=8.02mm；
（ⅱ） 让小滑块车从斜面上某一位置释放，读出小滑块通过光电门时数字毫秒计示数t；
（ⅲ） 用刻度尺量出小滑块停止运动时挡光片与光电门间的距离L；
（ⅳ） 求出小滑块车与木板间摩擦力f=$\frac{m{d}^{2}}{2L{t}^{2}}$ （用物理量m、d、L、t表示）；
②若实验中没有现成的挡光片，某同学用一宽度为6cm的金属片替代，这种做法是否合理？不合理 （选填“合理”或“不合理”）．
③实验中，小滑块释放的高度要适当高一些，其目的是减少系统误差．（选填“系统”或“偶然”）

Answer 1

分析 游标卡尺的读数等于主尺读数加上游标读数，不需估读；根据极短时间内的平均速度表示瞬时速度得出小滑块通过光电门的瞬时速度，结合速度位移公式求出匀减速运动的加速度大小，通过牛顿第二定律求出滑块与木板间的摩擦力．

解答 解：①游标卡尺的主尺读数为8mm，游标读数为1×0.02=0.02mm，则最终读数为8.02mm．
滑块通过光电门的速度$v=\frac{d}{t}$，根据速度位移公式得，滑块匀减速运动的加速度大小a=$\frac{{v}^{2}}{2L}=\frac{{d}^{2}}{2L{t}^{2}}$，
根据牛顿第二定律得，f=ma=$\frac{m{d}^{2}}{2L{t}^{2}}$．
②实验中没有现成的挡光片，某同学用一宽度为6cm的金属片替代，则用平均速度表示瞬时速度误差变大，这种做法不合理．
③在实验中用极短时间内的平均速度表示瞬时速度，存在一定的误差，该误差无法避免，属于系统误差，小滑块释放的高度要适当高一些，通过光电门的时间变短，可以减小系统误差．
故答案为：①（ⅰ）6.00；（ⅳ）$\frac{m{d}^{2}}{2L{t}^{2}}$； ②不合理；③系统

点评 解决本题的关键掌握游标卡尺的读数方法，掌握极限的思想在物理中的运用，即极短时间内的平均速度等于瞬时速度的大小．