Question

5．氣墊導(dǎo)軌是研究與運(yùn)動(dòng)有關(guān)的實(shí)驗(yàn)裝置，也可以用來研究功能關(guān)系．如圖甲所示，在氣墊導(dǎo)軌的左端固定一輕質(zhì)彈簧，軌道上有一滑塊A緊靠彈簧但不連接，滑塊的質(zhì)量為m．
（1）用游標(biāo)卡尺測(cè)出滑塊A上的擋光片的寬度，讀數(shù)如圖乙所示，則寬度d=0.960cm；
（2）利用該裝置研究彈簧對(duì)滑塊做功的大小；某同學(xué)打開氣源，調(diào)節(jié)裝置，使滑塊可以靜止懸浮在導(dǎo)軌上，然后用力將滑塊A壓緊到P點(diǎn)，釋放后，滑塊A上的擋光片通過光電門的時(shí)間為△t，則彈簧對(duì)滑塊所做的功為$w=\frac{1}{2}m{（\fracqwwqeon{△t}）}^{2}$．（用題中所給字母表示）
（3）利用該裝置測(cè)量滑塊與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)；關(guān)閉氣源，仍將滑塊A由P點(diǎn)釋放，當(dāng)光電門到P點(diǎn)的距離為x時(shí)，測(cè)出滑塊A上的擋光片通過光電門的時(shí)間為t，移動(dòng)光電門，測(cè)出多組數(shù)據(jù)（滑塊都能通過光電門），并繪出$x-\frac{1}{t^2}$圖象．如圖丙所示，已知該圖線斜率的絕對(duì)值為k，則滑塊與導(dǎo)軌間的滑動(dòng)摩擦因數(shù)為$\frac{d^2}{2gk}$．

Answer 1

分析 （1）游標(biāo)卡尺的讀數(shù)方法為：先讀主尺，在讀游標(biāo)尺，游標(biāo)尺不能估讀，那個(gè)對(duì)齊就讀那個(gè)．
（2）由滑塊A上的擋光片通過光電門的時(shí)間可得此時(shí)滑塊的平均速度，由于滑塊此階段做勻速運(yùn)動(dòng)，故瞬時(shí)速度等于平均速度，由能量轉(zhuǎn)化和守恒可得彈簧彈性勢(shì)能．
（3）每次都有P釋放，則每次彈簧彈性勢(shì)能都相同，由能量轉(zhuǎn)化和守恒可得結(jié)果．

解答 解：（1）主尺讀數(shù)為：9mm；游標(biāo)尺分度為0.05mm，第12個(gè)刻度對(duì)齊，故游標(biāo)尺讀數(shù)為：0.05×12mm=0.60mm，故寬度為：d=9+0.60=9.60mm=0.960cm．
（2）滑塊通過光電門已經(jīng)是勻速運(yùn)動(dòng)了，其平均速度為：$\overline{v}=\fracqzgrxsb{△t}$，瞬時(shí)速度等于平均速度，故瞬時(shí)速度為：$v=\fracijgfisu{△t}$，此時(shí)滑塊動(dòng)能全部由彈簧彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化而來，故彈簧做功為：$w=\frac{1}{2}m{v}^{2}=\frac{1}{2}m{（\fracpsgkgeb{△t}）}^{2}$；
（3）每次都有P釋放，則每次彈簧彈性勢(shì)能都相同，由能量轉(zhuǎn)化和守恒可得：
$\frac{1}{2}m{（\fracevlzyti{{t}_{1}}）}^{2}+μmg{x}_{1}=\frac{1}{2}m{（\fracjjlplvm{{t}_{2}}）}^{2}+μmg{x}_{2}$  ①
解得：
$μ=-\frac{plrrtoc^{2}}{2g}（\frac{\frac{1}{{{t}_{2}}^{2}}-\frac{1}{{{t}_{1}}^{2}}}{{x}_{2}-{x}_{1}}）$                    ②
由于$k=\frac{x}{\frac{1}{{t}^{2}}}$，故$\frac{\frac{1}{{{t}_{2}}^{2}}-\frac{1}{{{t}_{1}}^{2}}}{{x}_{2}-{x}_{1}}=-\frac{1}{k}$，帶入可得：
動(dòng)摩擦因數(shù)為：$μ=\frac{yokelnt^{2}}{2gk}$
故答案為：（1）0.960；（2）$\frac{1}{2}m（\frackkmtdvx{△t}）^{2}$；（3）$\frac{d^2}{2gk}$

點(diǎn)評(píng) 本題考查探究動(dòng)能定理及動(dòng)摩擦因數(shù)，要注意通過分析題意明確實(shí)驗(yàn)原理，再利用所學(xué)過的物理規(guī)律分析求解即可．