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20.“驗證機械能守恒定律”的實驗可以采用如圖1所示的甲或乙方案來進行.
(1)比較這兩種方案,甲(選填“甲”或“乙”)方案好些,理由該方案摩擦阻力小,誤差小,操作方便

(2)如圖2是該實驗中得到的一條紙帶,測得每兩個計數點間的距離如圖中所示,已知每兩個計數點之間的時間間隔T=0.1s.物體運動的加速度a=4.83m/s2;該紙帶是采用乙(選填“甲”或“乙”)實驗方案得到的,簡要寫出判斷依據因為物體的加速度比g小得多
(3)如圖3是采用甲方案時得到的一條紙帶,在計算圖中N點速度時,幾位同學分別用下列不同的方法進行,其中正確的是BC
A.vN=gnT               B.vN=$\frac{xn+xn+1}{2T}$
C.vN=$\frac{dn+1-dn-1}{2T}$          D.vN=g(n-1)T
(4)若甲實驗中所用重物的質量m=1㎏,打點時間間隔為0.02s,打出的紙帶如圖4所示,O、A、B、C、D為相鄰的幾點,測的OA=0.18cm、OB=0.76cm、OC=1.71cm、OD=3.04cm,查出當地的重力加速度g=9.80m/s2,則重物在B點時的動能EAB=0.0722 J.從開始下落到B點的過程中,重物的重力勢能減少量是0.0745J,由此得出的結論是在實驗誤差允許的范圍內減少的物體重力勢能等于其增加的動能,物體自由下落過程中機械能守恒.(計算結果保留三位有效數字)

分析 解決實驗問題首先要掌握該實驗原理,了解實驗的儀器、操作步驟和數據處理以及注意事項,能夠根據實驗裝置和實驗中需要測量的物理量進行選擇;
紙帶實驗中,若紙帶勻變速直線運動,測得紙帶上的點間距,利用逐差法可以求出物體運動的加速度;
根據勻變速直線運動中時間中點的瞬時速度大小等于該過程中的平均速度大小可以求出某點的瞬時速度.由AC間的平均速度求出B點的速度,再求重物在B點時的動能.OB距離等于重物從開始下落到B點的高度h,由△EP=mgh求出重力勢能的減小量,并得出結論.

解答 解:(1)機械能守恒的前提是只有重力做功,實際操作的方案中應該使摩擦力越小越好.故甲方案好一些.
(2)采用逐差法求解加速度.
xDE-xBC=2a1T2,
xCD-xAB=2a2T2
a=$\frac{1}{2}$(a1+a2)=4.83 m/s2
因為物體的加速度比g小得多,故為斜面上小車下滑的加速度.所以該紙帶采用圖乙所示的實驗方案.
(3)根據勻變速直線運動中時間中點的瞬時速度大小等于該過程中的平均速度大小可以求出某點的瞬時速度,可以求出N點的速度為:
 vN=$\frac{xn+xn+1}{2T}$=$\frac{dn+1-dn-1}{2T}$,故AD錯誤,BC正確.
故選:BC.
(4)利用勻變速直線運動的推論
vB=$\frac{(0.0171-0.0018)m}{2×0.02s}$=0.3825m/s
   重物在B點時的EKB=$\frac{1}{2}×1×$(0.3825)2=0.0722 J
   從開始下落到B點的過程中,重物的重力勢能減少量△EP=mg•hOB=0.0745J
由此得出的結論是在實驗誤差允許的范圍內減少的物體重力勢能等于其增加的動能,物體自由下落過程中機械能守恒.
故答案為:(1)甲;   該方案摩擦阻力小,誤差小,操作方便
(2)4.83 m/s2; 乙;   因為物體的加速度比g小得多
(3)BC 
(4)0.0722;   0.0745;    在實驗誤差允許的范圍內減少的物體重力勢能等于其增加的動能,物體自由下落過程中機械能守恒

點評 書本上的實驗,我們要從實驗原理、實驗儀器、實驗步驟、實驗數據處理、實驗注意事項這幾點去搞清楚,同時我們要加強物理基本規(guī)律在實驗中的應用.

練習冊系列答案
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科目:高中物理 來源: 題型:填空題

10.如圖所示的紙帶是由斜面下滑的小車通過打點計時器拉出來的,打點的時間間隔是0.02s,現按每10個點劃分紙帶,數據已標在圖上,打點計時器打下第二個點是小車的速度為0.175m/s,小車運動的加速度為0.75m/s2

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科目:高中物理 來源: 題型:選擇題

11.如圖所示,滑輪本身的質量忽略不計,滑輪O安裝在一根輕木桿上,A端固定在墻上,且保持水平.一根輕繩BC繞過滑輪掛一重物,BC與水平方向夾角為θ,系統(tǒng)保持平衡.若保持滑輪的位置不變,改變θ角的大小,則滑輪受到細繩的彈力大小變化情況是( 。
A.只有θ變小,彈力才變大B.只有θ變大,彈力才變大
C.不論θ變小或變大,彈力都變大D.不論θ如何變化,彈力都不變

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科目:高中物理 來源: 題型:解答題

8.利用如圖實驗裝置探究重物下落過程中動能與重力勢能的轉化問題.
(1)實驗操作步驟如下,請將步驟B補充完整:

A.按實驗要求安裝好實驗裝置;
B.使重物靠近打點計時器,接著先接通電源,后放開紙帶,打點計時器在紙帶上打下一系列的點;
C.圖2為一條符合實驗要求的紙帶,O點為打點計時器打下的第一點.分別測出若干連續(xù)點A、B、C…與O點之間的距離h1、h2、h3….
(2)已知打點計時器的打點周期為T,重物質量為m,重力加速度為g,結合實驗中所測得的h1、h2、h3,可得重物下落到B點時的速度大小為$\frac{{{h}_{3}-h}_{1}}{2T}$,紙帶從O點下落到B點的過程中,重物增加的動能為$\frac{{m({{h}_{3}-h}_{1})}^{2}}{{8T}^{2}}$,減少的重力勢能為mgh2
(3)取打下O點時重物的重力勢能為零,計算出該重物下落不同高度h時所對應的動能Ek和重力勢能Ep,建立坐標系,橫軸表示h,縱軸表示Ek和Ep,根據以上數據在圖3中繪出圖線Ⅰ和圖線Ⅱ.已求得圖線Ⅰ斜率的絕對值k1=2.94J/m,圖線Ⅱ的斜率k2=2.80J/m.重物和紙帶下落過程中所受平均阻力與重物所受重力的比值為0.050.(保留2位有效數字)
(4)通過對k1和k2的比較分析,可得到的結論是(只要求寫出一條):k2小于k1,動能的增量小于重力勢能的減少量.

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15.如圖所示,ABC是豎直放置的四分之一粗糙圓弧軌道,一木塊從A點沿軌道滑下,第一次它從A點以v0=9m/s的初速滑下,到達底端C時速度大小仍為9m/s,第二次它從A點以v0′=7m/s的初速度滑下,則當它滑到C點時速度大小應是(  )
A.大于7m/sB.小于7m/sC.等于7m/sD.無法確定.

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5.如圖所示,在光滑的水平面上方,有兩個磁感應強度大小均為B,方向相反的水平勻強磁場,PQ為兩個磁場的邊界,磁場范圍足夠大.一邊長為a、質量為m、電阻為R的金屬正方形線框,以速度v垂直磁場方向從左邊磁場區(qū)域向右運動,當線框運動到分別有一半面積在兩個磁場中的位置時,線框的速度為$\frac{v}{2}$,則下列說法正確的是( 。
A.位置Ⅱ時線框中的電功率為$\frac{{B}^{2}{a}^{2}{v}^{2}}{4R}$
B.此過程中回路產生的電能為$\frac{3}{8}$mv2
C.位置Ⅱ時線框的加速度為$\frac{{B}^{2}{a}^{2}v}{2mR}$
D.此過程中通過線框截面的電量為$\frac{2B{a}^{2}}{R}$

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12.如圖所示,有一矩形線圈面積為S,匝數為N,總電阻為r,外電阻為R,接觸電阻不計.線圈繞垂直于磁感線的軸OO′以角速度w勻速轉動,勻強磁場的磁感應強度為B.則( 。
A.當線圈平面與磁感線平行時,線圈中電流最大
B.電流有效值I=$\frac{{\sqrt{2}NBSw}}{R+r}$
C.電動勢的最大值為$\sqrt{2}$NBSw
D.外力做功的平均功率P=$\frac{{{N^2}{B^2}{S^2}{w^2}}}{2(R+r)}$

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9.如圖所示,長方形abcd長ad=0.6m,寬ab=0.3m,O、e分別是ab、bc的中點,以ad為直徑的半圓內有垂直紙面向里的勻強磁場(邊界上無磁場),磁感應強度B=0.25T.一群重力不計、質量為m=3×10-7kg、電荷量q=+2×10-3C的帶電粒子以速度v=5×102m/s從ad邊(不含ad兩點)沿垂直于ad方向且垂直于磁場方向射入磁場區(qū)域( 。
A.從Od邊射入的粒子,出射點全部分布在Oa邊上
B.從aO邊射入的粒子,出射點全部分布在ab邊上
C.粒子出射點不可能在ec邊上
D.從aO邊射入的粒子,出射點分布在ab邊和be邊上

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科目:高中物理 來源: 題型:選擇題

10.質子和一價鈉離子分別垂直進入同一勻強磁場中做勻速圓周運動,如果它們的圓周半徑恰好相等,這說明它們在剛進入磁場時( 。
A.速率相等B.帶電量相等C.動量大小相等D.質量相等

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