题目内容

4.一小球从高处下落时,一频闪相机记录了小球在空中的部分位置,影像师将其按比例印在了同一张有正方形小方格的底片上,如图所示.已知频闪相机的频率为f,小球的实际直径和正方形小方格的边长均等于L.现在我们利用该图片来探究机械能守恒定律.
(1)小球经过图中位置2时的速度大小为2.5Lf,小球经过位置6时的速度大小为6.5Lf
(2)已知当地的重力加速度为g,只要满足g=Lf2,则说明小球从位置2下落到位置6的过程中机械能守恒(用题中所给物理量的符号表示)
(3)若由图片上的数据分析得出,小球从位置2下落到位置6的过程中重力势能的减少量稍大于动能的增加量,其差值为△E1,而从位置2下落到位置7的过程中重力势能的减少量与动能的增加量差值为△E2,则△E1<(填“>”或“<”或“=”)△E2,△E1不等于0的原因是由于阻力的存在.

分析 (1)根据某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度求出位置2和位置6的瞬时速度.
(2)抓住重力势能的减小量和动能的增加量相等得出机械能守恒满足的表达式.
(3)重力势能的减小量略大于动能的增加量,部分能量转化为内能,下降的距离越大,转化的内能越多.

解答 解:(1)闪光的周期T=$\frac{1}{f}$,位置2的速度大小${v}_{2}=\frac{5L}{2T}=2.5Lf$,位置6的瞬时速度${v}_{6}=\frac{13L}{2T}=6.5Lf$.
(2)从2到6重力做功W=mg•18L,即重力势能的减小量为18mgL,动能的变化量为$△{E}_{k}=\frac{1}{2}m{{v}_{6}}^{2}-\frac{1}{2}m{{v}_{2}}^{2}$=18mL2f2,当18mgL=36mL2f2时,即g=Lf2时,可判断机械能守恒.
(3)小球从位置2下落到位置6的过程中重力势能的减少量稍大于动能的增加量,有部分能量转化为内能,下降的距离越大,转化的内能越多,则△E1<△E2.
△E1不等于0的原因是由于阻力的存在.
故答案为:(1)2.5Lf,6.5Lf,(2)g=Lf2,(3)<,由于阻力的存在.

点评 解决本题的关键知道实验的原理,知道误差的形成的原因,处理方法与纸带的处理方法相同,某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度.

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