题目内容

12.如图所示,两个质量各为m1和m2的小物块A和B,分别系在一条跨过光滑定滑轮的软绳两端,已知m1>m2,现要利用此装置验证机械能守恒定律.方法如下:
(1)调节A、B的位置使它们等高,并测量出它们离地的高度h.同时释放A、B,测量B离地的最大高度H.若机械能守恒,二者满足的关系式为H=$\frac{(3{m}_{1}+{m}_{2})h}{{m}_{1}+{m}_{2}}$.
(2)为了更好地验证机械能守恒定律,下列说法正确的是AC.
A.滑轮的质量要轻
B.尽量减小绳子与滑轮的摩擦
C.尽量减小滑轮与轴间的摩擦
D.绳子越长越好.

分析 (1)明确实验原理,根据机械能守恒定律分别对两物体一块下落和A落地后过程进行分析,从而得出对应的关系式;
(2)根据实验原理明确实验中应注意的事项.

解答 解:(1)对AB系统分析可知,整体在下落过程机械能守恒,则对A落地过程有:
(m1-m2)gh=$\frac{1}{2}$(m1+m2)v2
而B落地后,B竖直上升,根据机械能守恒定律可知:
$\frac{1}{2}$m2v2=mg(H-h)
联立解得:H=$\frac{(3{m}_{1}+{m}_{2})h}{{m}_{1}+{m}_{2}}$;
(2)根据实验原理可知,实验中没有考虑滑轮的质量,故所使用的滑轮质量要轻; 由于绳子光滑,故不需要考虑绳和滑轮之间的摩擦力,但要考虑减小滑轮与轴间的摩擦,同时绳子的长短对实验没有影响,并且绳子过长影响物体下落的高度,故绳子不应过长,故AC正确,BD错误.
故选:AC;
故答案为:(1)H=$\frac{(3{m}_{1}+{m}_{2})h}{{m}_{1}+{m}_{2}}$; AC.

点评 本题考查验证机械能守恒定律的实验,要注意明确实验原理,能根据机械能守恒定律分析原理,并明确实验注意事项.

练习册系列答案
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20.某同学用如图甲所示的装置通过研究重锤的落体运动来验证机械能守恒定律.已知重力加速度为g.

①在实验所需的物理量中,需要直接测量的是B,通过计算得到的是D.(填写代号)
A.重锤的质量
B.重锤下落的高度
C.重锤底部距水平地面的高度
D.与下落高度对应的重锤的瞬时速度
②在实验得到的纸带中,我们选用如图乙所示的起点O与相邻点之间距离约为2mm的纸带来验证机械能守恒定律.图中A、B、C、D、E、F、G为七个相邻的原始点,F点是第n个点.设相邻点间的时间间隔为T,下列表达式可以用在本实验中计算F点速度vF的是C.
A.vF=g(nT )                B.vF=$\sqrt{2g{h}_{n}}$     C.vF=$\frac{{h}_{n+1}-{h}_{n-1}}{2T}$                D.vF=$\frac{{x}_{n+1}-{x}_{n}}{2T}$
③若代入图乙中所测的数据,求得$\frac{1}{2}{v}_{n}^{2}$在差范围内等于ghn(用已知量和图乙中测出的物理量表示),即可验证重锤下落过程中机械能守恒.即使在操作及测量无误的前提下,所求$\frac{1}{2}{v}_{n}^{2}$也一定会略小于(选填“大于”或“小于”)后者的计算值,这是实验存在系统误差的必然结果.
④另一名同学利用图乙所示的纸带,分别测量出各点到起始点的距离h,并分别计算出各点的速度v,绘出v2-h图线,如图丙所示.从v2-h图线求得重锤下落的加速度g′=9.80m/s2( 保留3位有效数字 ).则由上述方法可知,这名同学是通过观察v2-h图线是否过原点,以及判断g与g′(用相关物理量的字母符号表示)在实验误差允许的范围内是否相等,来验证机械能是否守恒的.

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