题目内容

如图,在水平桌面上用练习本做成一个斜面,使一个钢球从斜面上某一位置滚下,钢球沿桌面飞出后做平抛运动.怎样用一把刻度尺测量钢球在水平桌面上运动的速度?

(1)说出测量步骤,写出用测量的物理量表达速度的计算式.

(2)按上一问的方法计算你的钢球离开桌面时的速度,然后再测量钢球在斜面上开始滚下的位置相对桌面的高度,按照机械能守恒定律来计算钢球到达桌面的速度.对比这两个速度的大小,对结果做出解释.

答案:略
解析:

(1)让小球从斜面上某一位置A无初速释放;测量小球在地面上的落点P与桌子边沿的水平距离x;测量小球在地面上的落点P与小球静止在水平桌面上时球心的竖直距离y.小球离开桌面的初速度为v=.

(2)答:测量钢球在斜面上开始滚下的位置相对桌面的高度h,钢球开始的重力势能为mgh,如认为滚到桌面的动能为,由机械能守恒定律mgh=,所以钢球速度.对比这两个速度发现,这是因为钢球滚到桌面时的动能除有向前运动的动能外,还有转动的动能,钢球的重力势能有一部分转化成钢球转动的动能,不计算这部分动能而认为=mgh使值偏大,

说明:本题讨论钢球从桌面滚下按机械能守恒定律求速度造成的误差大,只要求学生联系实际知道这是因为没有考虑钢球的转动动能造成的,教学中不需要进一步讨论.

下面列举我们对本题所作的实验和数据做参考.

实验仪器:平抛实验器.小球参数:钢球直径17.486mm(用千分尺测量);钢球质量21.8g.

实验方法:

①描绘平抛曲线,用平抛曲线求出小球水平抛出的初速度

v=1.10~1.14m/s

②将斜槽轨道从平抛实验器拆下,用铁架台夹持,调节出口水平,在小球水平出口B处安装光电门,测量小球在水平出口B处的挡光时间t.用千分尺或游标卡尺测出小球的直径D,算出小球的平均速度作为B位置的瞬时速度v=1.10m/s.

以上两种方法的测量数据基本一致.

③测出小球从位置A到水平位置的竖直高度h=10.4cm,用机械能守恒定律计算出小球在B位置的速度为v=1.43m/s.

数据分析:从平抛曲线测量的速度与光电门测量的速度,两者基本一致,可以作为速度的准确值.与用机械能守恒定律计算的速度值误差约为29%.

小球重力势能=22.2×,平动动能=13.4×,可知小球转动动能=8.79×.转动动能约占总能量的39.6%.


练习册系列答案
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.
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