Question

12．如圖所示，水平桌面上邊緣固定著曲線末端水平的斜面體A，有小鐵塊B，斜面體的斜面是曲面．現(xiàn)提供的實驗測量工具有：重錘線、鋪在地面上的白紙和復寫紙，其他的實驗器材可根據(jù)實驗需要自選．現(xiàn)要設(shè)計一個實驗，測出小鐵塊B自斜面頂端由靜止下滑到底端的過程中，小鐵塊B克服摩擦力做的功．請回答下列問題：
①除題中供給的器材外，還需要選用的器材是天平、直尺．
②實驗中除了要測量斜面高度H、桌面高度h外，還需要測量的物理量是小鐵塊平拋的水平距離s，小鐵塊質(zhì)量m．
③寫出用測量結(jié)果字母表示的W_f的表達式（重力加速度g已知）：${W}_{f}=mgH-\frac{mg{s}^{2}}{4h}$．

Answer 1

分析 根據(jù)動能定理、結(jié)合平拋運動的規(guī)律求出摩擦力做功的表達式，從而得出要測量的物理量，以及需要的器材．

解答 解：設(shè)到達底端的速度為v，根據(jù)動能定理得，mgH-${W}_{f}=\frac{1}{2}m{v}^{2}-0$
解得${W}_{f}=mgH-\frac{1}{2}m{v}^{2}$
可知測量摩擦力做功的大小，需知道斜面的高度以及離開斜面時的速度和物體的質(zhì)量．通過平拋運動的規(guī)律求出物體離開斜面的速度．
設(shè)桌面的高度為h，小球的水平位移為s，根據(jù)h=$\frac{1}{2}g{t}^{2}$得，t=$\sqrt{\frac{2h}{g}}$，則離開的初速度v=$\frac{s}{t}=s\sqrt{\frac{g}{2h}}$
則克服摩擦力做功${W}_{f}=mgH-\frac{mg{s}^{2}}{4h}$．
需要測量的物理量為斜曲面頂端離桌面高度H，桌面離地高度h，桌面右邊緣邊到鐵塊落地點的水平距離s，小鐵塊質(zhì)量m．
需要的測量工具為：天平、直尺、重錘線、白紙和復寫紙．知還需要的器材是天平、直尺．
故答案為：①天平、直尺；
②小鐵塊平拋的水平距離s，小鐵塊質(zhì)量m；
③${W}_{f}=mgH-\frac{mg{s}^{2}}{4h}$

點評 本題考查了動能定理和平拋運動的綜合，知道平拋運動在水平方向方向和豎直方向上的運動規(guī)律．