题目内容

3.在验证机械能守恒定律的实验中,使质量为m=200g的重物自由下落,打点计时器在纸带上打出一系列的点,选取一条符合实验要求的纸带如图所示.O为纸带下落的起始点,A、B、C为纸带上选取的三个连续点.已知打点计时器每隔T=0.02s打一个点,当地的重力加速度为g=9.8m/s2,那么

(1)计算B点瞬时速度时,甲同学用vB2=2gxOB,乙同学用vB=$\frac{xAC}{2T}$.其中所选择方法正确的是乙(填“甲”或“乙”)同学.
(2)纸带下落的加速度为9.5m/s2
(3)若同学丁不慎将上述纸带从OA之间扯断,他仅利用A点之后的纸带能否实现验证机械能守恒定律的目的?能(填“能”或“不能”)

分析 题的关键是处理纸带问题时应用v${\;}_{\frac{t}{2}}$=$\frac{x}{t}$ 求瞬时速度,既可以用mgh=$\frac{1}{2}$mv2来验证机械能守恒,也可以用mgh=$\frac{1}{2}$mv22-$\frac{1}{2}$mv12来验证.

解答 解:(1)、由于实验过程中重物和纸带会受到空气和限位孔的阻力作用,导致测得的加速度小于当地的重力加速度,
所以求速度时不能用${v}_{B}^{2}$=2gSOB,来求,只能根据v${\;}_{\frac{t}{2}}$=$\frac{x}{t}$,求瞬时速度值,所以乙正确.
(2)、根据△x=at2,可求出a=$\frac{{x}_{BC}-{x}_{AB}}{{T}^{2}}$,代入数据解得a=9.5m/s2
(3)、根据mgh=$\frac{1}{2}$mv22-$\frac{1}{2}$mv12可知,可以利用A点之后的纸带验证机械能守恒,即能实现.
故答案为:(1)乙;(2)9.5;(3)能.

点评 明确实验原理,熟记处理纸带问题的思路和方法,注意求瞬时速度的方法,分清理论推导与实验探索的区别,学会求加速度的方法.

练习册系列答案
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13.采用让重物自由下落的方法验证机械能守恒定律,实验装置如图1所示:

现有的器材为:带铁夹的铁架台、电火花打点计时器、纸带、重锤.
(1)为完成此实验,除了所给的器材,还需要的器材有(多选)CD.
A.天平           B.秒表       C.刻度尺         D.220V交流电源
(2)需要测量物体由静止开始自由下落到某点时的瞬时速度v和下落高度h.某班同学利用实验得到的纸带,设计了以下四种测量方案:
A.用刻度尺测出物体下落的高度h,并测出下落时间t,通过v=gt计算出瞬时速度v.
B.用刻度尺测出物体下落的高度h,并通过v=$\sqrt{2gh}$计算出瞬时速度v.
C.根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度,等于这点前后相邻两点间的平均速度,计算出瞬时速度v,并通过h=$\frac{v^2}{2g}$计算出高度h.
D.用刻度尺测出物体下落的高度h,根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度,等于这点前后相邻两点间的平均速度,计算出瞬时速度v.
以上方案中只有一种正确,正确的是D.(填入相应的字母)
(3)甲同学从打出的纸带中选出一条理想的纸带,如图2所示.选取纸带上连续打出的5个点A、B、C、D、E,测出A点与起始点O的距离为s0,点A、C间的距离为s1,点C、E间的距离为s2.已知重锤的质量为m,打点计时器所接交流电的频率为f,当地的重力加速度为g.从起始点O开始到打下C点的过程中,重锤重力势能的减小量为△EP=mg(s0+s1),重锤动能的增加量为△EK=$\frac{{m{{({s_1}+{s_2})}^2}{f^2}}}{32}$.在误差充许的范围内,如果△EP=△EK,则可验证机械能守恒.
(4)乙同学经正确操作得到打点纸带,在纸带后段每两个计时间隔取一个计数点,依次为1、2、3、4、5、6、7,测量各计数点到起始点的距离h,并正确求出打相应点时的速度v.各计数点对应的数据见表:
计数点1234567
h/m0.1240.1940.2790.3800.4970.6300.777
v/(m•s-11.942.332.733.133.50
v2/(m2•s-23.765.437.459.8012.25
他在如图3所示的坐标中,描点作出v2-h图线.由图线可知,重锤下落的加速度g′=9.75m/s2(保留三位有效数字);若当地的重力加速度g=9.80m/s2,如果在误差允许的范围内g′=g或9.80,则可验证机械能守恒.

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