像打点计时器一样,光电计时器也是一种研究物体运动情况的常用计时仪器,其结构如图1所示,a、b分别是光电门的激光发射和接收装置,当有物体从a、b间通过时,光电计时器就可以显示物体的挡光时间.为了测定两张纸之间的动摩擦因数,某同学利用光电计时器设计了一个试验:如图2所示,在小铁块A和木板B上贴上待测的纸,木板B水平固定,铅锤通过细线和小铁块相连.l和2是固定在木板上适当位置的两个光电门,与之连接的两个光电计时器没有画出.释放铅锤,让小铁块在木板上加速运动,光电门1、2各自连接的计时器显示的挡光时间分别为2.0×10-2s和0.5×10-2s.用游标卡尺测量小铁块的宽度d如图3所示.
①读出小铁块的宽度d=______cm.
②铁块通过光电门l的速度v1=______m/s,铁块通过光电门2的速度v2=______m/s.(计算结果小数点后保留2位有效数字)
③已知当地的重力加速度为g,为完成测量,除了研究v1、v2和两个光电门之间的距离L外,用文字说明还需测量的物理量并用字母表示______.
④用③中各量求解动摩擦因数的表达式μ=______(用字母表示).
(1)游标卡尺的主尺读数为20mm,游标读数为0.05×3=0.15mm,所以d=20.15mm=2.105cm.
(2)因为较短时间内的平均速度可以表示瞬时速度,
所以v1=
=1.01m/s.d t
v2=
=4.03m/s.d t
(3)要测量动摩擦因数,由f=μFN
由牛顿第二定律可得铁块的加速度a=Mg-μmg M+m
根据运动学公式V22-V12=2aL可求出加速度,所以
测定两张纸之间的动摩擦因数还需要测量铁块的质量m、铅锤的质量M.
(4)根据运动学公式V22-V12=2aL
a=
=
-vv 22 21 2L Mg-μmg M+m
μ=2MgL-(M+m)(
-v 22
)v 21 2mgL
故答案为:①2.015
②1.01,4.03
③铁块的质量m、铅锤的质量M
④2MgL-(M+m)(
-v 22
)v 21 2mgL