7.利用氣墊導(dǎo)軌驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律,實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示,水平桌面上固定一傾斜的氣墊導(dǎo)軌,導(dǎo)軌上A點(diǎn)處有一帶長方形遮光片的滑塊,其總質(zhì)量為M,左端由跨過輕質(zhì)光滑定滑輪的細(xì)繩與一質(zhì)量為m的小球相連;遮光片兩條長邊與導(dǎo)軌垂直,導(dǎo)軌上B點(diǎn)有一光電門,可以測(cè)量遮光片經(jīng)過光電門時(shí)的擋光時(shí)間t,用d表示A點(diǎn)到光電門B處的距離,b表示遮光片的寬度,將遮光片通過光電門的平均速度看作滑塊通過B點(diǎn)時(shí)的瞬時(shí)速度,實(shí)驗(yàn)時(shí)滑塊在A處由靜止開始運(yùn)動(dòng).

(1)用游標(biāo)卡尺測(cè)量遮光條的寬度b,結(jié)果如圖2所示,由此讀出b=3.80 mm;
(2)滑塊通過B點(diǎn)的瞬時(shí)速度可表示為vB=$\frac{t}$(用題中字母表示);
(3)某次實(shí)驗(yàn)測(cè)得傾角θ=30°,重力加速度用g表示,滑塊從A處到達(dá)B處時(shí)m和M組成的系統(tǒng)動(dòng)能增加量可表示為△EK=$\frac{(M+m)^{2}}{2{t}^{2}}$,系統(tǒng)的重力勢(shì)能減少量可表示為△EP,在誤差允許的范圍內(nèi),若△EK=△EP 則可認(rèn)為系統(tǒng)的機(jī)械能守恒;(用題中字母表示)
(4)在上次實(shí)驗(yàn)中,某同學(xué)改變A、B間的距離,作出的v2-d圖象如圖3所示,并測(cè)得M=m,則重力加速度g=9.6 m/s2

分析 (1)游標(biāo)卡尺的讀數(shù)等于主尺讀數(shù)加上游標(biāo)讀數(shù),不需估讀.
(2)根據(jù)極短時(shí)間內(nèi)的平均速度等于瞬時(shí)速度求出滑塊通過B點(diǎn)的速度.
(3)根據(jù)瞬時(shí)速度的大小求出系統(tǒng)動(dòng)能的增加量,根據(jù)下降的高度求出系統(tǒng)重力勢(shì)能的減小量.
(4)根據(jù)系統(tǒng)機(jī)械能守恒得出v2-d的表達(dá)式,結(jié)合圖線的斜率求出重力加速度.

解答 解:(1)游標(biāo)卡尺的主尺讀數(shù)為3mm,游標(biāo)讀數(shù)為0.05×16mm=0.80mm,則最終讀數(shù)b=3.80mm.
(2)根據(jù)極短時(shí)間內(nèi)的平均速度等于瞬時(shí)速度知,滑塊通過B點(diǎn)的瞬時(shí)速度為:vB=$\frac{t}$.
(3)滑塊從A處到達(dá)B處時(shí)m和M組成的系統(tǒng)的動(dòng)能的增加量可表示為:$△{E}_{k}=\frac{1}{2}(M+m){v}^{2}=\frac{(M+m)^{2}}{2{t}^{2}}$,
系統(tǒng)的重力勢(shì)能的減少量可表示為:△Ep=$mgd-Mgdsinθ=(m-\frac{M}{2})gd$.
(4)根據(jù)機(jī)械能守恒得:$(m-\frac{M}{2})gd$=$\frac{1}{2}(M+m){v}^{2}$,則有:${v}^{2}=\frac{2(m-\frac{M}{2})gd}{M+m}$,可知圖線的斜率為:k=$\frac{2(m-\frac{M}{2})g}{M+m}$=$\frac{2.4}{0.5}=4.8$,因?yàn)镸=m,代入數(shù)據(jù)解得:g=9.6m/s2
故答案為:(1)3.80;(2)$\frac{t}$;(3)$\frac{(M+m)^{2}}{2{t}^{2}}$;(4)9.6.

點(diǎn)評(píng) 解決本題的關(guān)鍵掌握游標(biāo)卡尺的讀數(shù),以及知道極短時(shí)間內(nèi)的平均速度等于瞬時(shí)速度,注意本題研究的對(duì)象是系統(tǒng),對(duì)于圖線問題,一般的解題思路是得出物理量間的關(guān)系式,結(jié)合圖線的斜率或截距進(jìn)行求解.

練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來源: 題型:計(jì)算題

17.一粒子以0.05c的速率相對(duì)實(shí)驗(yàn)室參考系運(yùn)動(dòng).此粒子衰變時(shí)發(fā)射一個(gè)電子,電子相對(duì)于粒子的速度為0.8c,電子的衰變方向與粒子運(yùn)動(dòng)方向相同.求電子相對(duì)于實(shí)驗(yàn)室參考系的速度.

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科目:高中物理 來源: 題型:實(shí)驗(yàn)題

18.在利用電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電源頻率為50Hz)“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的試驗(yàn)中:(本題所有計(jì)算結(jié)果均保留三位有效數(shù)字)

(1)某同學(xué)用如圖所示裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn),得到如圖所示的紙帶,把第一個(gè)點(diǎn)(初速度為零)記作O點(diǎn),測(cè)出點(diǎn)O、A間的距離為68.97cm,點(diǎn)A、C間的距離為15.24cm,點(diǎn)C、E間的距離為16.76cm,已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹?.8m/s2,重錘的質(zhì)量為m=1.0kg,則打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在打O點(diǎn)到C點(diǎn)的這段時(shí)間內(nèi),重錘動(dòng)能的增加量為8.00J,重力勢(shì)能的減少量為8.26J.
(2)利用這個(gè)裝置也可以測(cè)量重錘下落的加速度a=9.50m/s2
(3)在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),重錘減少的重力勢(shì)能總大于重錘增加的動(dòng)能,其原因主要是因?yàn)樵谥劐N帶著紙帶下落的過程中存在著阻力的作用,用題目中給出的已知量求重錘下落過程中受到的平均阻力大小為0.300N.

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科目:高中物理 來源: 題型:多選題

15.如圖所示,一只原、副線圈分別是200匝和100匝的理想變壓器,副線圈的兩端連接兩個(gè)阻值均為20Ω的電阻,原線圈接頻率為50Hz的正弦交流電源,電壓表的示數(shù)為5V.電流表、電壓表均為理想交流電表,則下列說法正確的是( 。
A.電流表的讀數(shù)為0.5A
B.流過電阻的交流電頻率為100Hz
C.交流電源的輸出電壓的最大值為20$\sqrt{2}$V
D.交流電源的輸出功率為2.5W

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科目:高中物理 來源: 題型:選擇題

2.如圖所示,理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為n1:n2=5:1,原線圈接u=150$\sqrt{2}$sin100πt(V)的交變電流,副線圈連在電路中的電阻R的阻值為24Ω,電壓表為理想電表,則( 。
A.將A、B直接連接,理想電壓表的讀數(shù)為30$\sqrt{2}$V
B.在A、B間連接一理想電流表,理想電流表的讀數(shù)為$\frac{5\sqrt{2}}{4}$A
C.在A、B間連接一(9W,18V)的燈泡,燈泡能夠正常發(fā)光
D.在A、B間連接一滑動(dòng)變阻器,滑動(dòng)變阻器的阻值為24Ω時(shí),變壓器的輸入功率最大

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科目:高中物理 來源: 題型:實(shí)驗(yàn)題

12.利用重錘下落驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律.
(1)在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中,已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電源的周期為T,查得當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間,測(cè)出所用重物的質(zhì)量為m,實(shí)驗(yàn)中得到一條點(diǎn)跡清晰的紙帶,把第一個(gè)點(diǎn)記作O,另選連續(xù)的4個(gè)點(diǎn)A、B、C、D作為測(cè)量點(diǎn),經(jīng)測(cè)量知道A、B、C、D各點(diǎn)到O點(diǎn)的距離分別為S1、S2、S3、S4,根據(jù)以上數(shù)據(jù),可知重物由O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn),重力勢(shì)能的減少量為mgs3J,動(dòng)能的增加量為$\frac{m({s}_{4}-{s}_{2})^{2}}{8{T}^{2}}$J

(2)實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的原因主要是摩擦阻力的影響.為了減小誤差,懸掛在紙帶下的重物的質(zhì)量應(yīng)選擇較大些.
(3)如果以$\frac{{v}^{2}}{2}$為縱軸,以h為橫軸,根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出的$\frac{{v}^{2}}{2}$-h圖線是過原點(diǎn)的直線,該線的斜率等于重力加速度.

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科目:高中物理 來源: 題型:實(shí)驗(yàn)題

19.在利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)驗(yàn)證做自由落體運(yùn)動(dòng)的物體機(jī)械能守恒的實(shí)驗(yàn)中.
(1)需要測(cè)量物體由靜止開始自由下落到某點(diǎn)時(shí)的瞬時(shí)速度v和下落高度h,某小組的同學(xué)利用實(shí)驗(yàn)得到的紙帶,共設(shè)計(jì)了以下四種測(cè)量方案,其中正確的是D
A.用刻度尺測(cè)出物體下落的高度h,并測(cè)出下落時(shí)間t,通過v=gt計(jì)算出瞬時(shí)速度v;
B.用刻度尺測(cè)出物體下落的高度h,并通過v=$\sqrt{2gh}$計(jì)算出瞬時(shí)速度v;
C.根據(jù)做勻變速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)紙帶上某點(diǎn)的瞬時(shí)速度,等于這點(diǎn)前、后相鄰兩點(diǎn)間的平均速度,測(cè)算出瞬時(shí)速度v,并通過h=$\frac{{v}^{2}}{2g}$計(jì)算出高點(diǎn)h;
D.用刻度尺測(cè)出物體下落的高度h,根據(jù)做勻變速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)紙帶上某點(diǎn)的瞬時(shí)速度,等于這點(diǎn)前、后相鄰兩點(diǎn)間的平均速度,測(cè)算出瞬時(shí)速度v.
(2)已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間,使用交流電的頻率為f.在打出的紙帶上選取連續(xù)打出的五個(gè)點(diǎn)A、B、C、D、E,如圖所示,測(cè)出A點(diǎn)距離起始點(diǎn)O的距離為S0,A、C兩點(diǎn)間的距離為S1,C、E兩點(diǎn)間的距離為S2,根據(jù)前述條件,如果在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)滿足關(guān)系式$32g({s_0}+{s_1})={f^2}{({s_1}+{s_2})^2}$,即驗(yàn)證了物體下落過程中機(jī)械能是守恒的.而在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)結(jié)果中,往往吹出現(xiàn)物體的動(dòng)能增加量略小于重力勢(shì)能的減小量,出現(xiàn)這樣結(jié)果的主要原因是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器對(duì)紙帶的阻力做功.

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科目:高中物理 來源: 題型:選擇題

16.下列說法正確的是(  )
A.亞里士多德提出物體的運(yùn)動(dòng)不需要力來維持
B.伽利略用“月-地檢驗(yàn)”正式了萬有引力定律的普適性
C.物體做曲線運(yùn)動(dòng)時(shí),速度一定變化
D.物體在恒力作用下一定做直線運(yùn)動(dòng)

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科目:高中物理 來源: 題型:計(jì)算題

17.(1)用游標(biāo)為20分度的卡尺測(cè)量其長度如圖1,由圖可知其長度為49.05mm;
(2)用螺旋測(cè)微器測(cè)量其直徑如圖2,由圖可知其直徑為4.699mm.

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