题目内容
(1)用游标为20分度的卡尺测量其长度如图1,由图1可知其长度为______mm;用螺旋测微器测量其直径如图,由图1可知其直径为______mm;(2)在“验证机械能守恒定律”的实验中,打点计时器所用电源频率为50HZ,当地重力加速度的值为9.80m/s2,测得所用重物的质量为1.00kg.甲、乙、丙三学生分别用同一装置打出三条纸带,量出各纸带上第1、2两点间的距离分别为0.12cm,0.19cm和0.25cm,可见操作上有错误的是学生______,错误操作______.
若按实验要求正确地选出纸带进行测量,量得连续三点A,B,C到第一个点的距离如图2所示(相邻计数点时间间隔为0.02s),从起点O到打下计数点B的过程中重力势能减少量是△EP=______,此过程中物体动能的增加量是△EK______(取g=9.8m/s2);
(3)如图3所示气垫是常用的一种实验仪器,它是利用气泵使带孔的导轨与滑块之间形成气垫,使滑块悬浮在轨道上,滑块在轨道上的运动可视为没有摩擦.我们可以用带竖直挡板C和D的气垫轨道以及滑块A和B来验证动量守恒定律,实验装置如图所示(弹簧的长度忽略不计),采用的实验步骤如下:
a.调整气垫轨道,使导轨处于水平;
b.在A和B间放入一个被压缩的轻弹簧,用电动卡销锁定,静止放置在气垫导轨上;
c.按下电钮放开卡销,同时使分别记录滑块A、B运动时间的计数器开始工作,当A、B滑块分别碰撞C、D挡板时停止计时,记下滑块A、B分别到达挡板C、D的运动时间t1和t2;
d.用刻度尺测出滑块A的左端至C挡板的距离L1、滑块B的右端到D挡板的距离L2.
①试验中还应测量的物理量是______;
②利用上述过程测量的实验数据,验证动量守恒定律的表达式是______;
③利用上述实验数据导出的被压缩弹簧的弹性势能的表达式是______.
【答案】分析:(1)游标卡尺读数的方法是主尺读数加上游标读数,不需估读,螺旋测微器的读数方法是固定刻度读数加上可动刻度读数,在读可动刻度读数时需估读.
(2)解决实验问题首先要掌握该实验原理,了解实验的仪器、操作步骤和数据处理以及注意事项,这样才能真正的了解具体操作的含义,正确分析误差产生的原因,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,从而求出动能.根据功能关系得重力势能减小量等于重力做功的数值.
(3)①要验证动量守恒定律需要知道物体的质量和速度,而速度可以用位移与时间的比值代替,故要测位移;②求出物体速度,根据将mAvA-mBVB=0即可解答;③根据能量守恒,弹簧的弹性势能转化为两滑块匀速运动时的动能即可正确解答.
解答:解:(1)游标卡尺的读数:游标卡尺主尺读数为50mm,游标读数为3×0.05mm=0.15mm 所以最终读数为:50mm+0.15mm=50.15mm,
螺旋测微器固定刻度读数为4.5mm,可动刻度读数为20.0×0.01=0.200mm,最终读数为:4.5mm+0.200mm=4.700mm.
故答案为:50.15,4.700.
(2)打点计时器的打点频率为50 Hz,打点周期为0.02 s,重物开始下落后,在第一个打点周期内重物下落的高度,所以所选的纸带最初两点间的距离接近2 mm,量出各纸带上第一、二两点间的距离分别为0.18cm,0.19cm和0.25cm,可以看出丙同学在操作上误差较大,具体原因就是先释放纸带后接电源,打点一个点时已经有了速度,导致开始两点之间的距离大于2mm.
O到打下计数点B的过程中重力势能减少量是:△EP=mghOB=0.49J;
B点的速度为:
因此动能的增量为:
故答案为:丙,错误操作是先放开纸带后接通电源,0.49,0.48.
(3)①因系统水平方向动量守恒即mAvA-mBVB=0,由于系统不受摩擦,故滑块在水平方向做匀速直线运动故有vA=,VB=,即mA-mB=0,所以还要测量的物理量是:滑块A、B的质量mA、mB.
②根据动量守恒可知需要验证的表达式为:
③根据功能关系可知弹性势能全部转化为动能,因此有:EP=
故答案为:①滑块A、B的质量mA、mB;②;③.
点评:本题考查了两个基本力学实验,解答的关键是明确实验原理,运用基本物理知识进行解答.
(2)解决实验问题首先要掌握该实验原理,了解实验的仪器、操作步骤和数据处理以及注意事项,这样才能真正的了解具体操作的含义,正确分析误差产生的原因,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,从而求出动能.根据功能关系得重力势能减小量等于重力做功的数值.
(3)①要验证动量守恒定律需要知道物体的质量和速度,而速度可以用位移与时间的比值代替,故要测位移;②求出物体速度,根据将mAvA-mBVB=0即可解答;③根据能量守恒,弹簧的弹性势能转化为两滑块匀速运动时的动能即可正确解答.
解答:解:(1)游标卡尺的读数:游标卡尺主尺读数为50mm,游标读数为3×0.05mm=0.15mm 所以最终读数为:50mm+0.15mm=50.15mm,
螺旋测微器固定刻度读数为4.5mm,可动刻度读数为20.0×0.01=0.200mm,最终读数为:4.5mm+0.200mm=4.700mm.
故答案为:50.15,4.700.
(2)打点计时器的打点频率为50 Hz,打点周期为0.02 s,重物开始下落后,在第一个打点周期内重物下落的高度,所以所选的纸带最初两点间的距离接近2 mm,量出各纸带上第一、二两点间的距离分别为0.18cm,0.19cm和0.25cm,可以看出丙同学在操作上误差较大,具体原因就是先释放纸带后接电源,打点一个点时已经有了速度,导致开始两点之间的距离大于2mm.
O到打下计数点B的过程中重力势能减少量是:△EP=mghOB=0.49J;
B点的速度为:
因此动能的增量为:
故答案为:丙,错误操作是先放开纸带后接通电源,0.49,0.48.
(3)①因系统水平方向动量守恒即mAvA-mBVB=0,由于系统不受摩擦,故滑块在水平方向做匀速直线运动故有vA=,VB=,即mA-mB=0,所以还要测量的物理量是:滑块A、B的质量mA、mB.
②根据动量守恒可知需要验证的表达式为:
③根据功能关系可知弹性势能全部转化为动能,因此有:EP=
故答案为:①滑块A、B的质量mA、mB;②;③.
点评:本题考查了两个基本力学实验,解答的关键是明确实验原理,运用基本物理知识进行解答.
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