Question

如圖所示，水平桌面上有斜面體A、小鐵塊B．斜面體的斜面是曲面，由其截面圖可以看出曲線下端的切線是水平的．現提供的實驗測量工具只有：天平、直尺．其他的實驗器材可根據實驗要求自選．請設計一個實驗，測出小鐵塊B自斜面頂端由靜止下滑到低端的過程中，小鐵塊B克服摩擦力做的功，要求：
（1）簡要說明實驗中的簡要實驗步驟，并說明需測量的物理量．
（2）寫出實驗結果的表達式．（重力加速度g已知）

Answer 1

分析：根據功能關系：小鐵塊下滑過程中克服摩擦力所做功等于小鐵塊機械能的減小量，所以本實驗要求求出滑到曲線下端的速度，鐵塊拋出后做平拋運動，根據平拋運動的特點求出做平拋運動的初速度，即滑到曲線下端的速度．

解答：解：（1）實驗步驟為：①．用天平測出B的質量m；②．如圖所示安裝實驗器材，地面鋪白紙、復寫紙并用膠帶粘牢；③．用手按住斜面A，讓B從斜面頂端由靜止滑下，記錄落地點P₁；④．重復③的步驟五次，找出平均落地點P；⑤．用直尺測出斜面體的高度H，桌面離地面的高度h，落地點P到桌邊的水平距離s；⑥．實驗結束，整理器材．
（2）在豎直方向
由h=

1

2

gt2
t=

2h g

在水平方向有：
v=

s

t

=s

g 2h

因為根據功能關系得：
小鐵塊下滑過程中克服摩擦力所做功W=mgH-

1

2

mv2=mgH-

mgs2

4h

答：（1）實驗步驟為：①．用天平測出B的質量m；②．如圖所示安裝實驗器材，地面鋪白紙、復寫紙并用膠帶粘牢；③．用手按住斜面A，讓B從斜面頂端由靜止滑下，記錄落地點P₁；④．重復③的步驟五次，找出平均落地點P；⑤．用直尺測出斜面體的高度H，桌面離地面的高度h，落地點P到桌邊的水平距離s；⑥．實驗結束，整理器材．（2）實驗結果的表達式為：W=mgH-

mgs2

4h

點評：本題考查遷移能力．平拋運動采用運動的合成與分解處理，通常分解為水平方向和豎直方向．