气垫导轨的原理是利用从导轨表面小孔喷出的压缩空气,在滑块与导轨之间形成很薄的空气膜,使滑块与导轨不直接接触.因此在实验中滑块的运动可以近似看成无摩擦运动.如图是简化的气垫导轨的示意图.
某同学在验证牛顿第二定律实验中,在气垫导轨末端固定一个光电门,滑块上有一遮光板,宽板为△L(△L很小),光电门可记录遮光板经过光电门时的遮光时间△t,实验操作和处理如下:
(1)把导轨的一端用一块木块垫起,使滑块从导轨的顶端由静止滑下,遮光板经过光电门的时间△t1,滑块经过光电门时的速度v1=______
(2)保持滑块的质量一定,在导轨的一端分别垫二块、三块…相同的木块,滑块每次从同一位置滑下,并测出经过光电门的速度v当分别垫一块和三块木块时,滑块所受合外力之比为______
(3)只要验证______?即可验证当质量不变时a与F成正比.
(4)导轨一端垫四块木块时,滑块质量为m,滑块所受合外力为F0要保证F不变,导轨一端垫两块木块时,滑块质量为______.
网友回答
解:(1)遮光板通过光电门的时间非常小,因此可以平均速度代替其通过的瞬时速度,
滑块经过光电门时的速度v1=.
(2)滑块在斜面上受重力和支持力,合力等于重力沿斜面向下的分力.即F合=mgsinθ
保持滑块的质量一定,在导轨的一端分别垫二块、三块…相同的木块,滑块每次从同一位置滑下,
当分别垫一块和三块木块时,斜面的倾角的正弦值为1:3,所以滑块所受合外力之比为1:3.
(3)由于滑块做初速度为零的匀加速运动,所以加速度a=
所以只要验证v2与合外力F成正比即可验证当质量不变时a与F成正比.
(4)导轨一端垫四块木块时,滑块质量为m,滑块所受合外力为F,要保证F不变,导轨一端垫两块木块时,
一端垫四块木块与一端垫两块木块,斜面的倾角的正弦值为2:1,
而F合=mgsinθ,所以滑块质量为2m.
故