题目内容

8．如图所示，光电计时器由光电门和计时器两部分组成，此装置能精确地记录物体通过光电门所用的时间．现要用此装置来验证机械能守恒定律，有一小球从两光电门的正上方静止释放．（已知重力加速度为容）
（1）需要测量的物理量除小球通过两光电门1、2的时间，△t1、△t2外，还需测量小球直径D、两光电门间的竖直高度H（所测物理量用字母表示并用文字说明）．
（2）验证机械能守恒定律的关系式为$\frac{{D}^{2}}{△{{t}_{2}}^{2}}-\frac{{D}^{2}}{△{{t}_{1}}^{2}}=2gH$（用上述已测物理量字母表示）．

分析 根据极短时间内的平均速度等于瞬时速度，根据下降的高度，求出重力势能的减小量，根据通过光电门的瞬时速度得出动能的增加量，从而验证机械能守恒定律．

解答 解：设小球的直径为D，小球通过光电门1和2的瞬时速度分别为${v}_{1}=\frac{D}{△{t}_{1}}$、${v}_{2}=\frac{D}{△{t}_{2}}$，则动能的增加量为：$△{E}_{k}=\frac{1}{2}m{{v}_{2}}^{2}-\frac{1}{2}m{{v}_{1}}^{2}$=$\frac{1}{2}m（\frac{{D}^{2}}{△{{t}_{1}}^{2}}-\frac{{D}^{2}}{△{{t}_{2}}^{2}}）$，
重力势能的减小量为△Ep=mgH，H为两光电门间的竖直高度．
要验证机械能守恒定律，即△Ek=△Ep，即：$\frac{{D}^{2}}{△{{t}_{2}}^{2}}-\frac{{D}^{2}}{△{{t}_{1}}^{2}}=2gH$．所以需要的物理量为小球直径D、两光电门间的竖直高度H．
故答案为：（1）小球直径D、两光电门间的竖直高度H，（2）$\frac{{D}^{2}}{△{{t}_{2}}^{2}}-\frac{{D}^{2}}{△{{t}_{1}}^{2}}=2gH$．

点评 解决本题的关键知道实验的原理，即验证动能的增加量与重力势能的减小量是否相等，知道极短时间内的平均速度等于瞬时速度．

练习册系列答案
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16．一物体受三个共点力的作用，下面4组组合不能使物体处于平衡状态的是（　　）
A．F1=7N、F2=8N、F3=9NB．F1=8N、F2=2N、F3=11N
C．F1=7N、F2=1N、F3=6ND．F1=10N、F2=10N、F3=1N
17．如图所示为某正弦交变电流的图象，其最大值为20A，周期为0.02S，线圈 转动的角速度为314rad/s．
14．如图所示，可视为质点的两个小球A、B从坐标（0、2y），（0，y）分别以速度Va、Vb水平抛出，两个小球都能垂直打在倾角为45°的斜面上，由此可得Va：Vb等于$\sqrt{2}$：1．
3．如图所示，一小物块由粗糙斜面上的O点静止释放，下滑过程中经过A、B两点；若小物块改由O′点静止释放，再次经过A、B两点，小物块第二次从A到B的过程中与第一次相比（　　）
A．摩擦力对小物块的冲量变大B．摩擦力对小物块的冲量变小
C．小物块的动能改变量变大D．小物块的动能改变量变小
13．在漫长的历史长河中，许多物理科学家和科学家为人类的发展做出来杰出的贡献，则下列叙述中正确的是（　　）
A．牛顿通过扭秤实验测出了引力常量
B．开普勒提出了日心说，从而发现了行星运动的规律，后来人称此规律为开普勒行星运动定律
C．库仑引入了场的概念并最先提出了用电场线的概念来描述电场
D．伽利略通过做铜球沿斜面运动的实验和逻辑推理的方法，得出了自由落体运动的规律
20．多用电表是实验室和生产实际中常用的仪器之一，它具有测量电压、电流及电阻等多种测量功能．
（1）利用多用电表电阻挡探究光敏电阻的特性（已知该种光敏电阻的阻值随光照强度的增大面积减少）．将多用电表选择开关置于电阻“×100”挡，然后将红黑两表笔分别与光敏电阻两端相连，电表指针所指位置如图甲所示，此时光敏电阻的阻值为900Ω，电阻的a（填“a”或“b”）端电势高，用逐渐增强的光照射光敏电阻，将发现电表指针向右侧偏转（填“向左侧偏转”或“向右侧偏转”）；若用遮光物将射向光敏电阻的光全部遮住，稳定后发现指针指向表盘的左侧偏转较大．为了较准确测出此时光敏电阻的阻值，接下来应进行的操作是将多用电表开关转到“×1K”，然后重新进行欧姆调零，然后进行测量读数．
（2）为测定多用电表直流“2.5V”挡的内阻，有同学设计了如图乙所示的电路，电路中个的电源为一节内阻很小的新干电池，R为0-9999.9Ω的电阻值，为多用电表（选择开关置于直流“2.5V”挡）
①实验步骤如下：同时闭合开关S1，S2，记下电压表的示数U1，闭合S1，断开S2，调节电阻箱使电压表示数明显减小至某一值，记下电阻箱的电阻值R及电压表示数U2．；（简要描述）
②用测得的物理量符号写出多用电表直流“2.5V”当内阻的表达式RV=$\frac{{U}_{2}}{{U}_{1}-{U}_{2}}R$．
17．如图所示，物体A、B的质量分别是4kg和8kg，由轻质弹簧连接，放在光滑的水平面上，物体B左侧与竖直墙壁相接触，另有一个物体C水平向左运动，在t=5s时与物体A相碰，并立即与A有相同的速度，一起向左运动，物块C的速度-时间图象如图2所示．

（1）求物块C的质量；
（2）弹簧压缩具有的最大弹性势能．
（3）在5s到15s的时间内，墙壁对物体B的作用力的冲量．
18．在科学发展史上，很多科学家做出了杰出的贡献．他们在物理学的研究过程中应用了很多科学的思想方法，下列叙述正确的是（　　）
A．法拉第首先提出用电场线描绘抽象的电场这种形象化的研究方法
B．牛顿首次提出“提出假说，数学推理，实验验证，合理外推”的科学推理方法
C．伽利略通过“理想实验”得出“力是维持物体运动的原因”
D．场强表达式E=$\frac{F}{q}$和加速度表达式a=$\frac{F}{m}$都是利用比值法得到的定义式

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