Question

1．某同學想測量滑塊和長木板之間的動摩擦因數(shù)．如圖甲所示，表面粗糙、一端裝有定滑輪的長木板固定在水平實驗臺上；木板上有一滑塊，滑塊右端固定一個輕小動滑輪，鉤碼和拉力傳感器通過繞在滑輪上的輕細繩相連，細繩與長木板平行，放開鉤碼，滑塊在長木板上做勻加速直線運動（忽略滑輪的摩擦）．

①實驗開始前打點計時器應接在交流電源（填“交流電源”或“直流電源”）上，實驗時應先（填“先”或“后”）接通電源，后（填“先”或“后”）釋放滑塊．
②如圖乙為某次實驗得到的紙帶，s₁、s₂是紙帶中兩段相鄰計數(shù)點間的距離，相鄰計數(shù)點時間為T，由此可求得小車的加速度大小為$\frac{{s}_{2}-{s}_{1}}{2{T}^{2}}$（用s₁、s₂、T表示）．
③改變鉤碼的個數(shù)，得到不同的拉力傳感器示數(shù)F（N）和滑塊加速度a（m/s²），重復實驗．以F為縱軸，a為橫軸，得到的圖象是縱軸截距大小等于b傾角為θ的一條斜直線，如圖丙所示，則滑塊和輕小動滑輪的總質(zhì)量為2tgθ（kg）；滑塊和長木板之間的動摩擦因數(shù)μ=$\frac{gtanθ}$．（設重力加速度為g）

Answer 1

分析 ①正確解答本題需要掌握：理解該實驗的實驗原理，需要測量的數(shù)據(jù)等；明確打點計時器的使用；理解實驗中的注意事項以及如何進行數(shù)據(jù)處理；對于任何實驗注意從實驗原理、實驗儀器、實驗步驟、實驗數(shù)據(jù)處理、實驗注意事項這幾點去搞清楚；
②根據(jù)加速度公式$a=\frac{△x}{{T}^{2}}$，而△x是相鄰相等時間內(nèi)的位移之差，從而即可求解；
③由實驗方案可知，滑塊受到的拉力為彈簧秤示數(shù)的兩倍，滑塊同時受摩擦力，由牛頓第二定律可得彈簧秤示數(shù)與加速度a的關系．由圖象可得摩擦因數(shù)

解答 解：①打點計時器應接交流電源；
開始記錄時，應先給打點計時器通電打點，然后再釋放重錘，讓它帶著紙帶一同落下，如果先放開紙帶讓重物下落，再接通打點計時時器的電源，由于重物運動較快，不利于數(shù)據(jù)的采集和處理，會對實驗產(chǎn)生較大的誤差，
②根據(jù)加速度公式$a=\frac{△x}{{T}^{2}}$，設s₁、s₂的間距為s₀，那么a=$\frac{\frac{{s}_{0}-{s}_{1}}{{T}^{2}}+\frac{{s}_{2}-{s}_{0}}{{T}^{2}}}{2}$=$\frac{{s}_{2}-{s}_{1}}{2{T}^{2}}$；
③滑塊受到的拉力T為彈簧秤示數(shù)的兩倍，即：T=2F
滑塊受到的摩擦力為：f=μMg
由牛頓第二定律可得：T-f=Ma
解得力F與加速度a的函數(shù)關系式為：F=$\frac{M}{2}$a+$\frac{μMg}{2}$
由圖象所給信息可得圖象截距為：b=$\frac{μMg}{2}$
而圖象斜率為k=$\frac{M}{2}$
解得：M=2k=2tgθ（kg）；
μ=$\frac{gtanθ}$；
故答案為：①交流電源，先，后；  ②$\frac{{s}_{2}-{s}_{1}}{2{T}^{2}}$；③2tgθ（kg），$\frac{gtanθ}$．

點評 本題重點是考察學生實驗創(chuàng)新能力及運用圖象處理實驗數(shù)據(jù)的能力，對這種創(chuàng)新類型的題目，應仔細分析給定的方案和數(shù)據(jù)，建立物理模型．