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(14分)

在研究摩擦力的实验中,将木块放在水平长木板上,如图(a)所示,用力沿水平方向拉木块,拉力从零开始逐渐增大。分别用力传感器采集拉力和木块所受到的摩擦力,并用计算机绘制出摩擦力Ff 随拉力F的变化图像,如图(b)所示。已知木块质量为8.0kg,重力加速度g=10m/s2,sin37°=0.60,cos37°=0.80。

(1)求木块与长木板间的动摩擦因数;

(2)如图(c),木块受到恒力F=50N 作用,方向与水平成θ=37°角斜向右上方,求木块从静止开始沿水平面做匀变速直线运动的加速度;

(3)在(2)中拉力F作用2.0s后撤去,计算再经过多少时间木块停止运动?整个运动过程中摩擦力对木块做了多少功?

说明: 6ec8aac122bd4f6e

 

答案:
(1)μ=0.4 (2)a=2.5m/s2 (3)s,Wf  =-200 J 【解析】(1)由图(b)知:木块所受到的滑动摩擦力Ff =32N 根据 Ff=μFN               (1分) 解得:    μ=0.4            (1分) (2)根据牛顿运动定律得              Fcosθ- Ff =ma       (2分)              Fsinθ+ FN =mg       (2分)              Ff =μF N           联立解得:a=2.5m/s2    (1分) (3) 撤去F后,加速度a′=μg=4m/s2       (1分)           继续滑行时间s   (2分)           设运动过程中摩擦力对木块做的功为Wf ,根据动能定理有     F·x1·cosθ+Wf =0     (2分)                又  x1=m      (1分)           解得:Wf  =-200 J           (1分)
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(6分)

气垫导轨工作时,空气从导轨表面的小孔喷出,在导轨表面和滑块内表面之间形成一层薄薄的空气层,使滑块不与导轨表面直接接触,故滑块运动时受到的阻力大大减小,可以忽略不计。为了探究做功与物体动能之间的关系,在气垫导轨上放置一带有遮光片的滑块,滑块的一端与轻弹簧相接,弹簧另一端固定在气垫导轨的一端,将一光电门P固定在气垫导轨底座上适当位置(如图1),使弹簧处于自然状态时,滑块上的遮光片刚好位于光电门的挡光位置,与光电门相连的光电计时器可记录遮光片通过光电门时的挡光时间。实验步骤如下:

说明: 6ec8aac122bd4f6e

①用游标卡尺测量遮光片的宽度d

②在气垫导轨上适当位置标记一点A(图中未标出,AP间距离远大于d),将滑块从A点由静止释放.由光电计时器读出滑块第一次通过光电门时遮光片的挡光时间t

③利用所测数据求出滑块第一次通过光电门时的速度v

④更换劲度系数不同而自然长度相同的弹簧重复实验步骤②③,记录弹簧劲度系数及相应的速度v,如下表所示:

弹簧劲度系数

k

2k

3k

4k

5k

6k

v (m/s)

0.71

1.00

1.22

1.41

1.58

1.73

v2  (m2/s2)

0.50

1.00

1.49

1.99

2.49

2.99

v3  (m3/s3)

0.36

1.00

1.82

2.80

3.94

5.18

(1)测量遮光片的宽度时游标卡尺读数如图2所示,读得d               m;

说明: 6ec8aac122bd4f6e

(2)用测量的物理量表示遮光片通过光电门时滑块的速度的表达式v              

(3)已知滑块从A点运动到光电门P处的过程中,弹簧对滑块做的功与弹簧的劲度系数成正比,根据表中记录的数据,可得出合力对滑块做的功W与滑块通过光电门时的速度v的关系是