(2008?鎮(zhèn)江模擬)I.光電計時器是一種研究物體運(yùn)動的常用計時器,其結(jié)構(gòu)如圖甲所示,a、b 分別是光電門的激光發(fā)射和接收裝置,當(dāng)有物體從 a、b 間通過時,光電計時器就可以顯示物體的擋光時間.

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利用圖乙所示裝置測定正方體小鐵塊和由長木板制成的斜面體(包括水平部分,斜面與水平面之間有一小段圓弧連接,長度忽略不計,水平部分足夠長,重力加速度為g)間的動摩擦因數(shù)μ.
(1)用20個等分刻度的游標(biāo)卡尺測定小鐵塊的邊長出______mm.( 如圖丙所示)
(2)將斜面體置于水平桌面上,斜面頂端 P 懸掛一鉛垂線,Q 為錐尖與桌面的接觸點(diǎn),1和 2 是固定在斜面上的兩個光電門(與之連接的電路未畫出),讓小鐵塊由P點(diǎn)沿斜面滑下,小鐵塊通過光電門 1、2 的時間分別為△t1、△t2,用米尺測得 l、2 之間的距離為 L(L>>d),則小鐵塊下滑過程中的加速度 a=______;再利用米尺測出______、______,就可以測得動摩擦因數(shù) μ.
(3)若光電計時器出現(xiàn)故障不能使用,現(xiàn)只利用米尺測定動摩擦因數(shù) μ,請寫出實(shí)驗(yàn)方案:______測得的動摩擦因數(shù)μ=______.(用測定的物理量所對應(yīng)的字母表示)
(1)游標(biāo)卡尺主尺讀數(shù)為20mm,游標(biāo)讀數(shù)為0.05×4=0.20mm,所以最終讀數(shù)為20.20mm.
(2)鐵塊通過光電門1時的速度為:v1=
d
△t1
,通過光電門2時的速度為:v2=
d
△t2

根據(jù)速度和位移關(guān)系式v2
-v20
=2ax得
小鐵塊下滑過程中的加速度 a=
(
d
t2
)
2
-(
d
t1
)
2
2L
=
d2
(△t21
-△t22
)
2
L△t21
△t
22
,
小鐵塊下滑過程中受重力、支持力和摩擦力,根據(jù)牛頓第二定律得:
a=
F
m
=gsinθ-μgcosθ  θ為斜面傾角.
μ=
gsinθ-a
cosθ

所以再利用米尺測出斜面的高H,斜面的長S,就可以測得動摩擦因數(shù) μ.
(3)實(shí)驗(yàn)方案:讓小鐵塊由頂端從靜止滑下,滑至水平板上的C點(diǎn)停下,測出頂端的高度h和小鐵塊在整個過程中的水平位移l
運(yùn)用動能定理研究小鐵塊由頂端從靜止滑下,滑至水平板上的C點(diǎn)停下,
mgh-μmgcosθ?L-μmgL′=0-0=0,L為斜面的長度,L′為在水平面上滑行的距離.
μ=
h
Lcosθ+L′

Lcosθ為斜面在水平方向的長度,所以l=Lcosθ+L′為小鐵塊在整個過程中的水平位移.
μ=
h
l

故答案為:(1)20.20
(2)
d2
(△t21
-△t22
)
2
L△t21
△t
22
   斜面的高H,斜面的長S,
(3)實(shí)驗(yàn)方案:讓小鐵塊由頂端從靜止滑下,滑至水平板上的C點(diǎn)停下,測出頂端的高度h和小鐵塊在整個過程中的水平位移l,
h
l
練習(xí)冊系列答案
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