Question

20．如圖（a）由小車、斜面及粗糙程度可以改變的水平長直木板構(gòu)成伽利略理想斜面實(shí)驗(yàn)裝置．實(shí)驗(yàn)時(shí)，在水平長直木板旁邊放上刻度尺，小車可以從斜面平穩(wěn)地滑行到水平長直平面．利用該裝置與器材，完成能體現(xiàn)如圖（b）“伽利略理想斜面實(shí)驗(yàn)思想與方法”的實(shí)驗(yàn)推論（設(shè)重力加速度為g）

（1）請指出，實(shí)驗(yàn)時(shí)必須控制的實(shí)驗(yàn)條件小車開始時(shí)的位置．
（2）請表述，由實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可以得出的實(shí)驗(yàn)推論：水平面越光滑，小車滑得越遠(yuǎn)，當(dāng)水平面完全光滑時(shí)，小車將滑向無窮遠(yuǎn)．
（3）圖（C）是每隔△t時(shí)間曝光一次得到小車在粗糙水平面上運(yùn)動(dòng)過程中的五張照片，測得小車之間的距離分別是S₁、S₂、S₃、S₄，由此可估算出小車與水平面的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=$\frac{{S}_{1}+{S}_{2}-{S}_{3}-{S}_{4}}{4g•△{t}^{2}}$（需要用S₁、S₂、S₃、S₄、g、△t字符表示）

Answer 1

分析 （1）根據(jù)伽利略“理想實(shí)驗(yàn)”的內(nèi)容、方法、原理分析實(shí)驗(yàn)的條件；
（2）根據(jù)實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象，以及斜面實(shí)驗(yàn)的原理分析得出實(shí)驗(yàn)的推論；
（3）根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論求出加速度，然后得出動(dòng)摩擦因數(shù)的表達(dá)式．

解答 解：（1）根據(jù)伽利略“理想實(shí)驗(yàn)”的內(nèi)容與原理可知，需要小車球到達(dá)水平面時(shí)的速度是相同的，所以在實(shí)驗(yàn)的過程中要求小車從同一個(gè)位置釋放，可知需要控制的條件為開始時(shí)小車的位置；
（2）根據(jù)實(shí)驗(yàn)的情況，可以得出的結(jié)論為：水平面越光滑，小車滑得越遠(yuǎn)，當(dāng)水平面完全光滑時(shí)，小車將滑向無窮遠(yuǎn)；
（3）小車在水平面內(nèi)做勻變速直線運(yùn)動(dòng)，結(jié)合勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論，則：
a=$\frac{{S}_{1}+{S}_{2}-{S}_{3}-{S}_{4}}{4△{t}^{2}}$
根據(jù)牛頓第二定律可知：$a=\frac{μmg}{m}=μg$
所以水平面的動(dòng)摩擦因數(shù)：μ=$\frac{{S}_{1}+{S}_{2}-{S}_{3}-{S}_{4}}{4g•△{t}^{2}}$
故答案為：（1）小車開始時(shí)的位置；（2）水平面越光滑，小車滑得越遠(yuǎn)，當(dāng)水平面完全光滑時(shí)，小車將滑向無窮遠(yuǎn)；（3）$\frac{{S}_{1}+{S}_{2}-{S}_{3}-{S}_{4}}{4g•△{t}^{2}}$

點(diǎn)評(píng) 本題要求能理解伽利略的“理想實(shí)驗(yàn)”；明確它是建立在可靠的事實(shí)基礎(chǔ)之上的，它來源于實(shí)踐，而又高于實(shí)踐，它是實(shí)踐和思維的結(jié)晶．要理解它在物理方法上的貢獻(xiàn)．