如图，金属导轨平行且水平放置，导轨间距为L，导轨光滑无摩擦。-优题课

图所示为一种摆式摩擦因数测量仪，可测量轮胎与地面间动摩擦因数，基主要部件有：底部固定有轮胎橡胶片的摆锤和连接摆锤的轻质细杆。摆锤的质量为 $m$ ，细杆可绕轴 $O$ 在竖直平面内自由转动，摆锤重心到 $O$ 点距离为 $L$ 。测量时，测量仪固定于水平地面，将摆锤从与 $O$ 等高的位置处静止释放。摆锤到最低点附近时，橡胶片紧压地面擦过一小段距离 $s （ s < L ）$ ，之后继续摆至与竖直方向成 $θ$ 角的最高位置。若摆锤对地面的压力可视为大小为 $F$ 的恒力，重力加速度为 $g$ ，求

（1）摆锤在上述过程中损失的机械能；

（2）在上述过程中摩擦力对摆锤所做的功；

（3）橡胶片与地面之间的动摩擦因数。

为了提高自行车夜间行驶的安全性，小明同学设计了一种"闪烁"装置，如图所示，自行车后轮由半径 $r_{1} = 5.0 ╳ 10^{- 2} m$ 的金属内圈、半径 $r_{2} = 0.40 m$ 的金属内圈和绝缘辐条构成。后轮的内、外圈之间等间隔地接有4根金属条，每根金属条的中间均串联有一电阻值为R的小灯泡。在支架上装有磁铁，形成了磁感应强度 $B = 0.10 T$ 、方向垂直纸面向外的"扇形"匀强磁场，其内半径为 $r_{1}$ 、外半径为 $r_{2}$ 、张角 $θ = π / 6$ 。后轮以角速度ω="2π" rad/s相对于转轴转动。若不计其它电阻，忽略磁场的边缘效应。

（1）当金属条 $a b$ 进入"扇形" 磁场时，求感应电动势 $E$ ，并指出 $a b$ 上的电流方向；

（2）当金属条 $a b$ 进入"扇形" 磁场时，画出"闪烁"装置的电路图；

（3）从金属条 $a b$ 进入"扇形" 磁场开始，经计算画出轮子转一圈过程中，内圈与外圈之间电势差 $U_{a b} - t$ 图象；

（4）若选择的是" $1.5 V 、 0.3 A$ "的小灯泡，该"闪烁"装置能否正常工作？有同学提出，通过改变磁感应强度 $B$ 、后轮外圈半径 $r_{2}$ 、角速度 $ω$ 和张角 $θ$ 等物理量的大小，优化前同学的设计方案，请给出你的评价。

在学习了"实验：探究碰撞中的不变量"的实验后，得出了动量守恒定律，反过来我们可以利用该实验中的有关方案来验证动量守恒定律。下面是某实验小组选用水平气垫导轨、光电门的测量装置来研究两个滑块碰撞过程中系统动量的变化情况。实验仪器如图所示。

　　　　　　　　　　　　
实验过程：
（1）调节气垫导轨水平，并使光电计时器系统正常工作。
（2）在滑块1上装上挡光片并测出其长度L。
（3）在滑块2的碰撞端面粘上橡皮泥（或双面胶纸）。
（4）用天平测出滑块1和滑块2的质量m ₁、m ₂。
（5）把滑块1和滑块2放在气垫导轨上，让滑块2处于静止状态（ =0），用滑块1以初速度与之碰撞（这时光电计时器系统自动计算时间），撞后两者粘在一起，分别记下滑块1的挡光片碰前通过光电门的遮光时间和碰后通过光电门的遮光时间。
（6）先根据以上所测数据计算滑块1碰撞前的速度，其表达式为＝　　　　，及碰后两者的共同速度，其表达式为＝　　　　；再计算两滑块碰撞前后的动量，并比较两滑块碰撞前后的动量的矢量和。
根据实验数据完成表格内容：(表中计算结果保留三位有效数字)
m ₁="0.324kg" m ₂="0.181kg" L=1.00×10 ^-3m　

次数	滑块1	滑块2	碰前系统动量kgms ^-1	碰后系统动量kgms ^-1
/ms ^-1	/ms ^-1	/ms ^-1	/ms ^-1		( + )
1	0.290	0.184	0	0.184	0
2	0.426	0.269	0	0.269	0
实验结论：

（7）若要证明上述碰撞是非弹性碰撞，那么还应满足的表达式为　　　　　　　　　(用上面所测物理量的符号即m ₁、m ₂、、、L表示)。

探究：发声的桌面也在振动？

提出问题：
敲桌子时，我们能听到声音，但肉眼却看不见桌子在振动。桌子是否在振动呢？有什么方法证明桌子在发声的同时也在振动呢？
实验设计：
如图2－1所示，在桌子上固定一小块平面镜，让太阳光（或手电筒光、玩具激光发出的激光）照射在平面镜上经平面镜反射后，在墙上出现一个小光斑。
轻轻地敲击桌面，观察墙面上小光斑的位置有什么变化？
用力敲击桌面，观察小光斑位置的变化。
收集证据：
桌面发声时，你发现墙壁上小光斑，这说明。
交流合作：
你认为还有哪些方法可以证明桌子发声时在振动？说说你的办法，试着做一做。

用回声可以帮助船只测量水深，因此在海洋和江河的考察船上都装有声呐。如果声音在水中的传播速度为1500m/s，在考察时发出声音0.8s后接收到了回声，这里的水深为多少？