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实验：探究小车速度随时间变化的规律
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光电计时器是一种研究物体运动情况的常用计时仪器，其结构如图甲所示，a、b分别是光电门的激光发射和接收装置，当有物体从a、b间通过时，光电计时器就可以显示物体的挡光时间
网友投稿 2022-07-30 00:00:00 互联网
◎ 题目
光电计时器是一种研究物体运动情况的常用计时仪器，其结构如图甲所示，a、b分别是光电门的激光发射和接收装置，当有物体从a、b间通过时，光电计时器就可以显示物体的挡光时间．现利用如图乙所示的装置来测量滑块与长 1m 左右的木板间的动摩擦因数及被压缩弹簧的弹性势能，图中木板固定在水平面上，木板的左壁固定有一个处于锁定状态的压缩轻弹簧（弹簧的长度与木板相比可忽略），弹簧右端与滑块接触，1和2是固定在木板上适当位置的两个光电门，与之连接的两个光电计时器没有画出．现使弹簧解除锁定，滑块获得一定的初速度后水平向右运动，光电门1、2各自连接的计时器显示的挡光时间分别为2.0×10
-2
s和5.0×10
-2
s．用游标卡尺测量小滑块的宽度d，游标卡尺的示数如图丙所示．
（1）读出滑块的宽度d=______cm．
（2）滑块通过光电门1的速度v
1
=______m/s，通过光电门2的速度v
2
=______m/s．
（3）若用米尺测量出两个光电门之间的距离为L，已知当地的重力加速度为g，则滑块与木板间的动摩擦因数的表达式为______．（各量均用字母表示）
（4）若用米尺测量出滑块的初始位置到光电门2的距离为s，为测量被压缩弹簧的弹性势能，则还需测量的物理量是______（说明其含义，并指明代表物理量的字母），被压缩弹簧的弹性势能可表示为______（各量均用字母表示）．
◎ 答案
（1）由于该游标卡尺是10分度的，它的精确度是0.1mm，主尺的读数是55mm，游标尺上的读数是0.0mm，所以小铁块的宽度是55.0mm，即5.50cm．
（2）根据极限的思想，在时间很短时，我们可以用这一段的平均速度来代替瞬时速度，
所以铁块通过光电门l的速度是v
1
=
d
t
1
=
5.5×1
0
-2
2×1
0
-2
m/s=2.75m/s
铁块通过光电门2的速度是v
2
=
d
t
2
=
5.5×1
0
-2
5×1
0
-2
m/s=1.1m/s
（3）要测量动摩擦因数，由f=μF
N
可知要求μ，需要知道摩擦力和压力的大小，滑块做的是匀加速直线运动，根据v
1
、v
2
和两个光电门之间的距离L，由速度位移的关系式可得，
v
2
2
-v
1
2
=2aL
对于整体由牛顿第二定律可得，
Mg-f=Ma
因为f=μF
N
，
所以由以上三式可得：μ=
v
21
-
v
22
2gL
（4）若要测量被压缩弹簧的弹性势能，还要知道滑块的质量．
由动能定理，选择从初位置到光电门2作为过程．
则有：
W
弹
-μmgs=
1
2
m
v
22
-0
即弹性势能为
1
2
mv
2
2
+
ms(
v
21
-
v
22
)
2L
故答案为：（1）5.50
（2）2.75 1.10
（3）
v12-v22
2gL
（4）滑块的质量m
1
2
mv
2
2
+
ms(
v
21
-
v
22
)
2L
◎ 解析
“略”
◎ 知识点
专家分析，试题“光电计时器是一种研究物体运动情况的常用计时仪器，其结构如图甲所示，a、b分别是光电门的激光发射和接收装置，当有物体从a、b间通过时，光电计时器就可以显示物体的挡光时间…”主要考查了你对 【实验：探究小车速度随时间变化的规律】，【弹性势能】 等知识点的理解和应用能力。关于这些知识点的“档案”，你可以点击相应的链接进行查看和学习。
http://www.00-edu.com/html/202207/223331.html
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