题目内容
12.在用落体法验证机械能守恒定律时,某小组按照正确的操作得到一条纸带,如图.其中O是起始点,A、B、C是打点计时器连续打下的3个点.用毫米刻度尺测量O到A、B、C各点的距离,并记录在图中,单位:cm (已知打点计时器所用电源的频率为50HZ,当地的重力加速度大小为g=9.80 m/s2,重锤质量为m,计算结果均保留三位有效数字).(1)这三个数据中不符合有效数字读数要求的是OC段的读数,应记作15.70cm.
(2)甲同学用重锤在OB段的运动来验证机械能守恒定律,他用AC段的平均速度作为B点对应的瞬时速度vB,则求得该过程中重锤的动能的增加量为1.20m,重力势能的减少量为1.22m.这样验证的系统误差总是使动能的增加量<重力势能的减少量(选填“>”、“<”或“=”).
(3)乙同学根据同一条纸带,同一组数据,也用重锤在OB段的运动来验证机械能守恒定律,他将打点计时器打下的第一个点O记为第1个点,图中的B是打点计时器打下的第9个点.因此他用v=gt计算与B点对应的瞬时速度vB,得到动能的增加量为1.23m,这样验证的系统误差总是使动能的增加量>重力势能的减少量.
(4)上述两种处理方法中,你认为合理的是甲同学所采用的方法(填“甲”或“乙”)
分析 毫米刻度尺最小刻度是1mm,所以需要估读到下一位.
动能的增加量:$\frac{1}{2}$mv2,势能的减小量:mgh;由于物体下落过程中存在摩擦阻力,因此动能的增加量小于势能的减小量.
解答 解:(1)毫米刻度尺测量长度,要求估读即读到最小刻度的下一位.
这三个数据中不符合有效数字读数要求的是OC段:15.7,应记作15.70cm=0.1570m.
(2)中间时刻的瞬时速度等于该过程中的平均速度来求B的速度大小:
vB=$\frac{{\;x}_{AC}}{2T}$=1.55m/s
该过程中重锤的动能增加量EkB=$\frac{1}{2}$m${v}_{B}^{2}$-0=1.20m
重力势能减小量△Ep=mgh=9.8×0.1242m J=1.22m
由于物体下落过程中存在摩擦阻力,这样验证的系统误差总是使△Ek<△Ep.
故填:大于;因为有摩擦生热,减少的重力势能一部分转化为内能
(3)因为重锤质量为m,
重锤的动能为 EkB=$\frac{1}{2}$m${v}_{B}^{2}$=$\frac{1}{2}$m(gt)2=1.23m,
即:重力势能的减少量小于动能的增加量,原因是:v是按照自由落体计算的,实际运动不是自由落体运动,有阻力,对应的下落高度比实际测得的高度要大.
这样验证的系统误差总是使△Ek>△Ep.
(4)上述两种处理方法中,合理的是甲.
故答案为:(1)OC,15.70;
(2)1.20m,1.22m,<;
(3)1.23m,>.
(4)甲.
点评 纸带问题的处理时力学实验中常见的问题.我们可以纸带法实验中,若纸带匀变速直线运动,测得纸带上的点间距,利用匀变速直线运动的推论,可计算出打出某点时纸带运动的瞬时速度和加速度.
要提高应用匀变速直线的规律以及推论解答实验问题的能力,在平时练习中要加强基础知识的理解与应用.
A. | AO绳套上的张力变小 | |
B. | OC段绳上的张力变大 | |
C. | 杆对B绳套的摩擦力保持不变 | |
D. | 杆对A、B两绳套作用力的合力保持不变 |
A. | 0 | B. | F | C. | 2F | D. | $\frac{1}{3}$F |
A. | 图甲挡板所受的压力减小 | |
B. | 图甲挡板所受的压力增大 | |
C. | 图乙中挡板所受的压力减小 | |
D. | 图乙中挡板所受的压力先减小后增大 |
A. | P可能只受一个力作用 | B. | P可能只受三个力作用 | ||
C. | P不可能只受二个力 | D. | P不是受到二个力就是受到四个力 |