题目内容
如图甲所示,是某同学验证动能定理的实验装置.其步骤如下:
a.易拉罐内盛上适量细沙,用轻绳通过滑轮连接在小车上,小车连接纸带.合理调整木板倾角,让小车沿木板匀速下滑.
b.取下轻绳和易拉罐,测出易拉罐和细沙的质量m及小车质量M.
c.取下细绳和易拉罐后,换一条纸带,让小车由静止释放,打出的纸带如图乙(中间部分未画出),O为打下的第一点.已知打点计时器的打点频率为f,重力加速度为g.
(1)步骤c中小车所受的合外力为 .
(2)为验证从O→C过程中小车合外力做功与小车动能变化的关系,测出BD间的距离为x0,OC间距离为x1,则C点的速度为 .需要验证的关系式为 (用所测物理量的符号表示).
(1)mg;(2);mgx1=;
解析试题分析:(1)因小车沿木板匀速下滑,故小车受力平衡,当去掉轻绳和易拉罐后,小车所受的合力等于易拉罐和细沙的总重力mg;(2)在匀变速直线运动中,中间时刻的瞬时速度等于该过程中的平均速度,所以C点对应的瞬时速度;根据实验原理需验证减小的重力势能等于小车增加的动能,即验证;
考点:探究“动能定理”
有一个标有“12V、24W”的灯泡,为了测定它在不同电压下的实际功率和额定电压下的功率,需测定灯泡两端的电压和通过灯泡的电流,现有如下器材:
A.直流电源15V(内阻可不计) |
B.直流电流表0~0.6A~3A(内阻0.5Ω、0.1Ω) |
C.直流电流表0~300mA(内阻约5Ω) |
D.直流电压表0~3V~15(内阻约3kΩ、15kΩ) |
F.滑动变阻器10Ω、5A
G.滑动变阻器1kΩ、3A
①实验台上已放置开关、导线若干及灯泡,为了完成实验需要从上述器材中再选用 (用序号字母表示).
②若答案卷上相应方框内画出最合理的实验电路图.
③如果灯丝电阻与(t+273)的大小成正比,其中t为灯丝摄氏温度值,室温t=27℃,则正常发光时灯丝的温度是 ℃.
现要通过实验验证机械能守恒定律。实验装置如图1所示:水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨;导轨上A点处有一带长方形遮光片的滑块,其总质量为M,左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一质量为m的砝码相连;遮光片两条长边与导轨垂直;导轨上B点有一光电门,可以测量遮光片经过光电门时的挡光时间t。用d表示A点到导轨底端C点的距离,h表示A与C的高度差,b表示遮光片的宽度,s表示A ,B两点的距离,将遮光片通过光电门的平均速度看作滑块通过B点时的瞬时速度。用g表示重力加速度。完成下列填空和作图;
(1)若将滑块自A点由静止释放,则在滑块从A运动至B的过程中,滑块、遮光片与砝码组成的系统重力势能的减小量可表示为 。动能的增加量可表示为 。若在运动过程中机械能守恒,与s的关系式为= ____________.
(2)多次改变光电门的位置,每次均令滑块自同一点(A点)下滑,测量相应的s与t值,结果如下表所示:
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
s(m) | 0.600 | 0.800 | 1.000 | 1.200 | 1.400 |
t(ms) | 8.22 | 7.17 | 6.44 | 5.85 | 5.43 |
1/t2(104s-2) | 1.48 | 1.95 | 2.41 | 2.92 | 3.39 |
由测得的h、d、b、M和m数值可以计算出直线的斜率k0,将k和k0进行比较,若其差值在试验允许的范围内,则可认为此试验验证了机械能守恒定律。
(12分)小华同学在做“研究匀变速直线运动”实验中,将打点计时器固定在某处,在绳子拉力的作用下小车拖着穿过打点计时器的纸带在水平木板上运动,如图所示。由打点计时器得到表示小车运动过程的一条清晰纸带的一段。如图所示,在打点计时器打出的纸带上确定出八个计数点,相邻两个计数点之间的时间间隔为0.1s,并用刻度尺测出了各计数点到0计数点的距离,图中所标数据的单位是cm。
(1)根据纸带提供的信息,小华同学已经计算出了打下1、2、3、4、5这五个计数点时小车的速度,请你帮助他计算出打下计数点6时小车的速度(结果保留3位有效数字),并填入下表。
计数点 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
t /s | 0.1 | 0.2 | 0.3 | 0.4 | 0.5 | 0.6 |
v /(m·s-1) | 0.358 | 0.400 | 0.440 | 0.485 | 0.530 | |
(3)根据v—t图象可知,在打0计数点时,小车的速度v0 =___________m/s(保留3位有效数字);小车运动的加速度为________m/s2(保留2位有效数字)。