题目内容
13.利用气垫导轨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的小球相连;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点到光电门B处的距离,b表示遮光片的宽度,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,实验时滑块在A处由静止开始运动.(1)用游标卡尺测量遮光条的宽度b,结果如图2所示,由此读出b=3.85mm;
(2)某次实验测得倾角θ=30°,重力加速度用g表示,滑块从A处到达B处时m和M组成的系统动能增加量可表示为△Ek=$\frac{(M+m){b}^{2}}{2{t}^{2}}$,系统的重力势能减少量可表示为△Ep=(m-$\frac{M}{2}$)gd,在误差允许的范围内,若△Ek=△Ep则可认为系统的机械能守恒;(用题中字母表示)
(3)在上次实验中,某同学改变A、B间的距离,作出的v2-d图象如图3所示,并测得M=m,则重力加速度g=9.6m/s2.
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.不同的尺有不同的精确度,注意单位问题.
(2)根据重力做功和重力势能之间的关系可以求出重力势能的减小量,根据起末点的速度可以求出动能的增加量;根据功能关系得重力做功的数值等于重力势能减小量.
(3)根据图象的物理意义可知,图象的斜率大小等于物体的重力加速度大小.
解答 解:(1)宽度b的读数为:3mm+17×0.05mm=3.85mm;
(2)由于光电门的宽度b很小,所以我们用很短时间内的平均速度代替瞬时速度.
滑块通过光电门B速度为:vB=$\frac{b}{t}$;
滑块从A处到达B处时m和M组成的系统动能增加量为:△Ek=$\frac{1}{2}$(M+m)($\frac{b}{t}$)2=$\frac{(M+m){b}^{2}}{2{t}^{2}}$;
系统的重力势能减少量可表示为:△Ep=mgd-Mgdsin30°=(m-$\frac{M}{2}$)gd;
比较△Ep和△Ek,若在实验误差允许的范围内相等,即可认为机械能是守恒的.
(3)根据系统机械能守恒有:$\frac{1}{2}$(M+m)v2=(m-$\frac{M}{2}$)gd;
则v2=2×$\frac{m-\frac{M}{2}}{M+m}$gd
若v2-d图象,则图线的斜率:k=2×$\frac{m-\frac{M}{2}}{M+m}$g;
由图象可知,k=$\frac{2.4}{0.5}$;
解得:g=9.6m/s2.
故答案为:(1)3.85;(2)$\frac{(M+m){b}^{2}}{2{t}^{2}}$,(m-$\frac{M}{2}$)gd;(3)9.6
点评 了解光电门测量瞬时速度的原理.实验中我们要清楚研究对象和研究过程,对于系统我们要考虑全面;此题为一验证性实验题.要求根据物理规律选择需要测定的物理量,运用实验方法判断系统重力势能的变化量是否与动能的变化量相同是解题的关键.
| 钩码个数 | 1 | 2 | 3 | 4 |
| L1/cm | 30.02 | 31.02 | 32.02 | 33.02 |
| L2/cm | 29.33 | 29.65 | 29.97 | 30.29 |
| A. | 飞船绕地球运动的线速度为$\frac{2πR}{Tsin(\frac{α}{2})}$ | |
| B. | 一天内飞船经历“日全食”的次数为$\frac{T}{{T}_{0}}$ | |
| C. | 飞船每次经历“日全食”过程的时间为$\frac{aT}{2π}$ | |
| D. | 地球质量为$\frac{4{π}^{2}{R}^{3}}{G{T}^{2}si{n}^{3}(\frac{α}{2})}$ |
(1)本实验所需器材除了弹簧、铁架台、重锤线、坐标纸外,还需要以下哪些器材②④(填序号)
①天平 ②钩码 ③打点计时器 ④刻度尺 ⑤秒表
(2)根据实验数据在给定的坐标系中作出弹力F跟弹簧伸长量x关系的图象.
| 弹簧伸长量x/m | 弹力F/N |
| 0 | 0 |
| 0.012 | 0.30 |
| 0.023 | 0.60 |
| 0.035 | 0.90 |
| 0.046 | 1.20 |
| 0.058 | 1.50 |
| A. | 根据速度定义式$v=\frac{△x}{△t}$,当△t非常非常小时,就可以用$\frac{△x}{△t}$表示物体在t时刻的瞬时速度,这是科学假说法 | |
| B. | 玻璃瓶内装满水,用穿有透明细管的橡皮塞封口.手捏玻璃瓶,细管内液面高度有明显变化,说明玻璃瓶发生形变,该实验采用放大的思想 | |
| C. | 在不需要考虑物体本身的大小和形状时,用质点代替物体的方法,采用了等效替代的思想 | |
| D. | 在推导匀变速直线运动位移公式时,把整个运动过程划分成很多小段,每一小段近似看作匀速直线运动,然后把各小段的位移相加,这里应用了建立物理模型法 |
| A. | 保持开关S闭合,将R上的滑片向右移动 | |
| B. | 保持开关S闭合,将A、B两极板分开一些 | |
| C. | 断开开关S后,将A、B两极板的正对面积减小一些 | |
| D. | 断开开关S后,将A、B两极板分开一些 |