Question

如（a）圖，質(zhì)量為M的滑塊A放在氣墊導軌B上，C為位移傳感器，它能將滑塊A到傳感器C的距離數(shù)據(jù)實時傳送到計算機上，經(jīng)計算機處理后在屏幕上顯示滑塊A的位移-時間（s-t）圖象和速率-時間（v-t）圖象．整個裝置置于高度可調(diào)節(jié)的斜面上，斜面的長度為l、高度為h．（取重力加速度g=9.8m/s²，結(jié)果可保留一位有效數(shù)字）
（1）現(xiàn)給滑塊A一沿氣墊導軌向上的初速度，A的v-t圖線如（b）圖所示．從圖線可得滑塊A下滑時的加速度a=______m/s²，摩擦力對滑塊A運動的影響______．（填“明顯，不可忽略”或“不明顯，可忽略”）
（2）此裝置還可用來驗證牛頓第二定律．實驗時通過改變______，可驗證質(zhì)量一定時，加速度與力成正比的關系；實驗時通過改變______，可驗證力一定時，加速度與質(zhì)量成反比的關系．
（3）將氣墊導軌換成滑板，滑塊A換成滑塊A′，給滑塊A′一沿滑板向上的初速度，A′的
s-t圖線如（c）圖．圖線不對稱是由于______造成的，通過圖線可求得滑板的傾角θ=______（用反三角函數(shù)表示），滑塊與滑板間的動摩擦因數(shù)μ=______．

Answer 1

解：（1）從圖象可以看出，滑塊上滑和下滑過程中的加速度基本相等，所以摩擦力對滑塊的運動影響不明顯，可以忽略．根據(jù)加速度的定義式可以得出a=m/s²=6m/s²
（2）牛頓第二定律研究的是加速度與合外力和質(zhì)量的關系．當質(zhì)量一定時，可以改變力的大小，當斜面高度不同時，滑塊受到的力不同，可以探究加速度與合外力的關系．由于滑塊下滑加速的力是由重力沿斜面向下的分力提供，所以要保證向下的分力不變，應該使Mg不變，所以應該調(diào)節(jié)滑塊的質(zhì)量及斜面的高度，且使Mh不變．
（3）滑板與滑塊間的滑動摩擦力比較大，導致圖象成拋物線形．
從圖上可以讀出，滑塊上滑和下滑時發(fā)生位移大小約為x=0.84m-0.20m=0.64m
上滑時間約為t₁=0.4s，下滑時間約為t₂=0.6s，上滑時看做反向勻加速運動，
根據(jù)動學規(guī)律有：x=a₁t₁²，根據(jù)牛頓第二定律有mgsinθ+μmgcosθ=ma₁
下滑時，有x=a₂t₂²，mgsinθ-μmgcosθ=ma₂
聯(lián)立解得sinθ=0.58，θ=arcsin0.58，μ=0.27
故答案為：（1）6 不明顯，可忽略
（2）斜面高度h 滑塊A的質(zhì)量M及斜面的高度h，且使Mh不變
（3）滑動摩擦力 arcsin0.58 0.27
分析：根據(jù)v-t圖象求出該圖象的斜率，其斜率的絕對值就是加速度大�。�
從v-t圖象中我們發(fā)現(xiàn)兩條傾斜直線的斜率絕對值大小幾乎相等，說明滑塊A沿氣墊導軌上下運動加速度大小相等．
實驗運用控制變量法研究．
對滑塊進行運動和受力分析，運用牛頓第二定律結(jié)合運動學公式解決問題．
點評：解答本題關鍵是能夠把v-t圖象運用物理規(guī)律結(jié)合數(shù)學知識解決問題．對滑塊進行運動和受力分析，運用牛頓第二定律結(jié)合運動學公式解決問題．