题目内容
10.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)滑块通过B点的瞬时速度可表示为$\frac{b}{t}$;
(3)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;
(4)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)游标卡尺的读数等于主尺读数加上游标读数,不需估读.
(2)由于光电门的宽度d很小,所以我们用很短时间内的平均速度代替瞬时速度.
(3)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.
(4)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)游标卡尺的主尺读数为3mm,游标读数为0.05×17mm=0.85mm,则最终读数b=3.85mm.
(2)根据极短时间内的平均速度等于瞬时速度知,滑块通过B点的瞬时速度为:v=$\frac{b}{t}$.
(3)滑块从A处到达B处时m和M组成的系统的动能的增加量可表示为:$△{E}_{k}=\frac{1}{2}(M+m){v}^{2}$=$\frac{(M+m){b}^{2}}{2{t}^{2}}$,
系统的重力势能的减少量可表示为:△Ep=mgd-Mgdsinθ=$(m-\frac{M}{2})gd$.
(4)根据机械能守恒得:$(m-\frac{M}{2})gd$=$\frac{1}{2}(M+m){v}^{2}$,则有:${v}^{2}=\frac{2(m-\frac{M}{2})gd}{M+m}$,
可知图线的斜率为:k=$\frac{2(m-\frac{M}{2})g}{M+m}$=$\frac{2.4}{0.5}=4.8$,
因为M=m,解得:g=9.6m/s2.
故答案为:(1)3.85;(2)$\frac{b}{t}$;(3)$\frac{(M+m){b}^{2}}{2{t}^{2}}$,$(m-\frac{M}{2})gd$,(4)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,掌握系统机械能守恒处理方法,注意图象的斜率的含义.
| A. | 40m | B. | 45m | C. | 48m | D. | 60m |
| A. | 输入电压的瞬时值表达式为μ=311sinl00πt | |
| B. | 通过变压器原副线圈磁通量的变化率不同 | |
| C. | 滑片P向上滑动过程中,变压器输出电压不变、输入功率变小 | |
| D. | 滑片P向上滑动过程中,变压器输出电压变大、输入功率变小 |
| A. | 50Hz | B. | 60Hz | C. | 400Hz | D. | 410Hz |
| A. | 该横波的波速为5 m/s | |
| B. | 该波形图可能是t=1.2 s时刻的 | |
| C. | 质点L与质点N都运动起来后,它们的运动方向总相反 | |
| D. | 在0.2 s的时间内质点M通过的路程为20c m | |
| E. | 在t=2.6 s时刻,质点M处于平衡位置,正沿y轴正方向运动 |
| A. | 灯泡L1一定比L2暗 | |
| B. | 副线圈两端的电压有效值为12 V | |
| C. | 因电容器所在支路处于断路状态,故无电流通过二极管 | |
| D. | 电容器C所带电荷量为1.2×10-4C |
| A. | 变压器原副线圈的磁通量变化率之比11:1 | |
| B. | 电压表的示数为220V | |
| C. | 灯泡的额定功率为20W | |
| D. | 变压器输入电压的瞬时值表达式为U=220sin100πt |