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
◎ 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v1=______m/s,通过光电门2的速度v2=______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v1=
铁块通过光电门2的速度是v2=
(3)要测量动摩擦因数,由f=μFN 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v1、v2和两个光电门之间的距离L,由速度位移的关系式可得, v22-v12=2aL 对于整体由牛顿第二定律可得, Mg-f=Ma 因为f=μFN, 所以由以上三式可得:μ=
(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=
即弹性势能为
故答案为:(1)5.50 (2)2.75 1.10 (3)
(4)滑块的质量m
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