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11.某同学利用图甲所示的实验装置,探究物块在水平桌面上的运动规律,物块在重物的牵引下开始运动,重物落地后,物块再运动一段距离停在桌面上(尚未碰到滑轮),从纸带上便于测量的点开始,每5个点取1个计数点,相邻计数点间的距离如图乙所示.打点计时器电源的频率为50Hz.

(1)通过分析纸带数据,可判断物块在相邻计数点6和7之间某时刻开始减速.
(2)计数点6对应的速度大小为1.20m/s.(结果保留三位有效数字)
(3)物块减速运动过程中加速度的大小为a=2.00m/s2.(结果保留三位有效数字)
(4)设重物质量为m,物块质量为M,物块与桌面间的动摩擦因数为μ,不考虑空气阻力以及纸带与限位孔之间摩擦、绳与滑轮之间的摩擦,g为重力加速度,则在加速阶段$\frac{a}{g}$的表达式为$\frac{m-μM}{M+m}$.

分析 (1)由纸带两个点之间的时间相同,若位移逐渐增大,表示物体做加速运动,若位移逐渐减小,则表示物体做减速运动;
(2)用平均速度代替瞬时速度的方法求解瞬时速度;
(3)用作差法求解减速过程中的加速度;
(4)运用牛顿第二定律求出动摩擦因数μ.

解答 解:(1)从纸带上的数据分析得知:在点计数点6之前,两点之间的位移逐渐增大,是加速运动,在计数点7之后,两点之间的位移逐渐减小,是减速运动,所以物块在相邻计数点6和7之间某时刻开始减速;
(2)根据平均速度等于中时刻的瞬时速度,则有:v5=$\frac{{x}_{46}}{2T}$=$\frac{0.0900+0.1101}{0.2}$≈1.00m/s
因v5=$\frac{{v}_{4}+{v}_{6}}{2}$,且v4=$\frac{{v}_{3}+{v}_{5}}{2}$,解得:v6=1.20m/s
(3)由纸带可知,计数点7往后做减速运动,根据作差法得:
a=$\frac{0.046+0.066-0.0861-0.1060}{4×0.{1}^{2}}$=-2.00m/s2
所以物块减速运动过程中加速度的大小为2.00m/s2
(3)选取重物与滑块组成的系统为研究的对象,则沿绳子的方向受到重物的重力与滑块的摩擦力的作用,由牛顿第二定律得:
(M+m)a=mg-f
所以:f=mg-(M+m)a
又:f=μFN=μMg
所以:$\frac{a}{g}$=$\frac{m-μM}{M+m}$;
故答案为:(1)6,7;
(2)1.20;
(3)2.00;
(4)$\frac{m-μM}{M+m}$.

点评 要注意单位的换算.对于相邻的计数点位移间隔不等时能够运用逐差法求解.
要提高应用匀变速直线的规律以及推论解答实验问题的能力,在平时练习中要加强基础知识的理解与应用.

练习册系列答案
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