Question

6．氣墊導軌是研究與運動有關的實驗的裝置，也可以用來研究功能關系．如圖甲所示，在氣墊導軌的左端固定一輕質彈簧，軌道上有一滑塊A緊靠彈簧但不連接，已知滑塊的質量為m．
（1）用游標卡尺測出滑塊A上的擋光片的寬度，讀數(shù)如圖乙所示，則寬度d=0.510cm；
（2）利用該裝置探究彈簧對物塊做功的大�。耗惩瑢W打開氣源，調節(jié)裝置，使滑塊可以靜止懸浮在導軌上，然后用力將滑塊A壓緊到P點，釋放后，滑塊A上的擋光片通過光電門的時間為△t，則彈簧對滑塊所做功為$\frac{1}{2}m（\fracr7ndnhh{△t}）^{2}$（用題中所給字母表示）；
（3）利用該裝置測量滑塊與導軌間的動摩擦因數(shù)：關閉氣源，仍將滑塊A由P點釋放，當光電門到P點的距離為x時，測出滑塊A上的擋光片通過光電門的時間為t，移動光電門，測出多組數(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，已知該圖線的斜率的絕對值為k，則可算出滑塊與導軌間的動摩擦因數(shù)為$\frac{d^2}{2gk}$．

Answer 1

分析 （1）先讀主尺，在讀游標尺，游標尺不能估讀，那個對齊就讀那個．
（2）由滑塊A上的擋光片通過光電門的時間可得此時滑塊的平均速度，由于滑塊此階段做勻速運動，故瞬時速度等于平均速度，由能量轉化和守恒可得彈簧彈性勢能．
（3）每次都有P釋放，則每次彈簧彈性勢能都相同，由能量轉化和守恒可得結果．

解答 解：（1）主尺讀數(shù)為：5mm；游標尺分度為0.05mm，第2個刻度對齊，故游標尺讀數(shù)為：0.05×2mm=0.10mm，故寬度為：d=5+0.10=5.10mm=0.510cm．
（2）滑塊通過光電門已經(jīng)是勻速運動了，其平均速度為：$\overline{v}=\frachrvnrjf{△t}$，瞬時速度等于平均速度，故瞬時速度為：$v=\fraczx3tv7h{△t}$，此時滑塊動能全部由彈簧彈性勢能轉化而來，故彈簧彈性勢能為：${E}_{P}=\frac{1}{2}m{v}^{2}=\frac{1}{2}m{（\fracpnl3nj1{△t}）}^{2}$．
（3）每次都有P釋放，則每次彈簧彈性勢能都相同，由能量轉化和守恒可得：
$\frac{1}{2}m{（\fracxnxr1vp{{t}_{1}}）}^{2}+μmg{x}_{1}=\frac{1}{2}m{（\fracnx7b7jh{{t}_{2}}）}^{2}+μmg{x}_{2}$  ①
解得：
$μ=-\frac{bzjnjlf^{2}}{2g}（\frac{\frac{1}{{{t}_{2}}^{2}}-\frac{1}{{{t}_{1}}^{2}}}{{x}_{2}-{x}_{1}}）$                    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：
$μ=\frac{jhfnjpf^{2}}{2gk}$
故答案為：（1）0.510；（2）$\frac{1}{2}m（\fracz7htn1r{△t}）^{2}$；（3）$\frac{d^2}{2gk}$

點評 本題主要難點在第3問，這里用到的方法比較不容易想到，整體難度較大，且易錯．