题目内容
4.(1)某同学想利用图甲所示装置,验证滑块与钩码组成的系统机械能守恒,该同学认为只要将摩擦力平衡掉就可以了.你认为该同学的想法不正确(选填“正确”或“不正确”),理由是:有摩擦力做功,不满足机械能守恒的条件.(2)另一同学用一倾斜的固定气垫导轨来验证机械能守恒定律.如图乙所示,质量为m1的滑块(带遮光条)放在A处,由跨过轻质定滑轮的细绳与质量为m2的钩码相连,导轨B处有一光电门,用L表示遮光条的宽度,x表示A、B两点间的距离,θ表示气垫导轨的倾角,g表示当地重力加速度
①气泵正常工作后,将滑块由A点静止释放,运动至B,测出遮光条经过光电门的时间t,该过程滑块与钩码组成的系统重力势能的减小量表示为m2gx-m1gxθ,动能的增加量表示为$\frac{1}{2}$(m1+m2)($\frac{L}{t}$)2;若系统机械能守恒,则$\frac{1}{t^2}$与x的关系式为$\frac{1}{t^2}$=$\frac{2({m}_{2}-{m}_{1}sinθ)gx}{({m}_{1}+{m}_{2}){L}^{2}}$(用题中己知量表示).
②实验时测得m1=475g,m2=55g,遮光条宽度L=4mm,sinθ=0.1,改变光电门的位置,滑块每次均从A点释放,测量相应的x与t的值,以$\frac{1}{t^2}$为纵轴,x为横轴,作出的图象如图丙所示,则根据图象可求得重力加速度g0为9.4m/s2.(计算结果保留2位有效数字),若g0与当地重力加速度g近似相等,则可验证系统机械能守恒.
分析 (1)明确机械能守恒的条件,根据物体受力情况分析是否有重力之外的其他力做功;
(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.
解答 解:(1)机械能守恒的条件只有重力或弹力做功,平衡摩擦力时,是用重力的分力等于摩擦力,但此时系统受到摩擦力,故摩擦力对系统做功,机械能不守恒;故该同学的想法不正确;
(2)①滑块由A到B的过程中,系统重力势能的减小量△EP=m2gx-m1gxsinθ;
经过光电门时的速度v=$\frac{L}{t}$;
则动能的增加量△EK=$\frac{1}{2}$(m1+m2)v2=$\frac{1}{2}$(m1+m2)($\frac{L}{t}$)2;
或机械能守恒,则△EP=△EK
联立解得:$\frac{1}{{t}^{2}}$=$\frac{2({m}_{2}-{m}_{1}sinθ)gx}{({m}_{1}+{m}_{2}){L}^{2}}$;
②由上述公式可得,图象中的斜率表示:$\frac{2({m}_{2}-{m}_{1}sinθ)g}{({m}_{1}+{m}_{2}){L}^{2}}$=k
代入数据解得:g=9.4m/s2;
故答案为:(1)不正确;有摩擦力做功,不满足机械能守恒的条件
(2)①m2gx-m1gxsinθ;
$\frac{1}{2}$(m1+m2)($\frac{L}{t}$)2;$\frac{2({m}_{2}-{m}_{1}sinθ)gx}{({m}_{1}+{m}_{2}){L}^{2}}$
②9.4.
点评 本题考查验证机械能守恒定律的条件,属于创新型的实验题目,要求能正确分析实验原理,能明确是两物体组成的系统机械能守恒.
| A. | W1=$\frac{mg}{2h}$(h2-R2) | B. | W2=GR(1-$\frac{R}{h}$) | C. | W1=$\frac{hkQq}{{R}^{2}}$(1-$\frac{R}{h}$) | D. | G=$\frac{khQq}{{R}^{3}}$ |
| A. | 24 m | B. | 25 m | C. | 30m | D. | 96m |
| A. | 用hv=10.2ev的光子照射 | B. | 用hv=11ev的光子照射 | ||
| C. | 用hv=14ev的光子照射 | D. | 用Ek=11ev的电子碰撞 |
| A. | 地面 | B. | 路边的树木 | C. | 王华乘坐的汽车 | D. | 反向行驶的车辆 |