10.一位同學用光電計時器等器材裝置做“驗證機械能守恒定律”的實驗,如圖甲所示.通過電磁鐵控制的小球從B點的正上方A點自由下落,下落過程中經(jīng)過光電門B時,光電計時器記錄下小球過光電門時間t,當?shù)氐闹亓铀俣葹間.
(1)為了驗證機械能守恒定律,該實驗還需要測量下列哪些物理量AD.
A.AB之間的距離H;             B.小球的質(zhì)量為m;
C.小球從A到B的下落時間tAB D.小球的直徑d.
(2)小球通過光電門時的瞬時速度V=$\fracu80glxk{t}$(用題中以上的測量物理量表達)
(3)多次改變AB之間距離H,重復上述過程,作出1/t2隨H的變化圖象如圖乙所示,當小球下落過程中機
械能守恒時,該直線斜率k0=$\frac{2g}{kafsxrn^{2}}$.
(4)在實驗中根據(jù)數(shù)據(jù)實際繪出的圖乙直線的斜率為k(k<k0)則實驗過程中所受的平均阻力f與小球重
力mg的比值為$\frac{{k}_{0}-k}{{k}_{0}}$(用k、k0表示).

分析 該題利用自由落體運動來驗證機械能守恒,因此需要測量物體自由下落的高度hAB,以及物體通過B點的速度大小,在測量速度時我們利用小球通過光電門的平均速度來代替瞬時速度,因此明白了實驗原理即可知道需要測量的數(shù)據(jù);
由題意可知,本實驗采用光電門利用平均速度法求解落地時的速度;則根據(jù)機械能守恒定律可知,當減小的機械能應等于增大的動能;由原理即可明確注意事項及數(shù)據(jù)的處理等內(nèi)容.

解答 解:(1)A、根據(jù)實驗原理可知,需要測量的是A點到光電門B的距離,故A正確;
B、根據(jù)機械能守恒的表達式可知,方程兩邊可以約掉質(zhì)量,因此不需要測量質(zhì)量,故B錯誤;
C、利用小球通過光電門的平均速度來代替瞬時速度,不需要測量下落時間,故C錯誤;
D、利用小球通過光電門的平均速度來代替瞬時速度時,需要知道擋光物體的尺寸,因此需要測量小球的直徑,故D正確.
故選:AD.
(2)已知經(jīng)過光電門時的時間小球的直徑;則可以由平均速度表示經(jīng)過光電門時的速度;
故v=$\fracynjpmqe{t}$;
(3)若減小的重力勢能等于增加的動能時,可以認為機械能守恒;
則有:mgH=$\frac{1}{2}$mv2;
即:2gH=($\fracqx5njwj{t}$)2
解得:$\frac{1}{{t}^{2}}$=$\frac{2g}{q76f0g5^{2}}•H$,
那么該直線斜率k0=$\frac{2g}{sjfthui^{2}}$.
(4)乙圖線$\frac{1}{{t}^{2}}$=kH,
因存在阻力,則有:mgH-fH=$\frac{1}{2}$mv2;
所以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$\frac{f}{mg}$=$\frac{{k}_{0}-k}{{k}_{0}}$;
故答案為:
(1)AD;
(2)$\fracrinthu2{t}$;
(3)$\frac{2g}{we5o9an^{2}}$;
(4)$\frac{{k}_{0}-k}{{k}_{0}}$.

點評 考查求瞬時速度的方法,理解機械能守恒的條件,掌握分析的思維,同時本題為創(chuàng)新型實驗,要注意通過分析題意明確實驗的基本原理才能正確求解.

練習冊系列答案
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B.此時物塊受到的靜摩擦力大小為3N
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