题目内容

8.某同学利用如图所示的装置探究弹簧弹性势能的大小,将一根轻弹簧放置于光滑水平桌面上,左端与固定的挡板连接,右端有一质量为m的小物块但不连接,弹簧处于原长时右端刚好位于桌子边缘,实验时先推动小物块压缩弹簧秤(弹簧一直在弹性限度内),小物块不动后测出弹簧的压缩量d,然后释放小物块让其在弹簧的作用下弹出,最后落到水平地面上(小物块所受空气阻力可以忽略).
(1)为测出弹簧的弹性势能的大小,以下进行的测量合理且必要的有CD
A、用刻度尺测量出弹簧的长l
B、用秒表测量出小木块在空中的运动时间t
C、用刻度尺测量出桌面与水平地面的高度差h
D、用刻度尺测量出小木块做平抛运动的水平位移x
(2)请用题干和(1)中相应的物理量符号表示出弹簧被压缩后具有弹性势能的表达式:Ep=$\frac{mg{x}^{2}}{4h}$.

分析 (1)弹簧压缩最短,储存的弹性势能最大,释放小球后,小球在弹簧的弹力作用下加速,弹簧与小球系统机械能守恒,通过测量小球的动能来求解弹簧的最大弹性势能,小球离开桌面后,做平抛运动,根据平抛运动的知识可以求平抛的初速度,根据以上原理确定待测量即可;
(2)根据平抛运动的知识先求平抛的初速度,求出初动能就得到弹簧压缩最短时储存的弹性势能大小.

解答 解:(1)释放弹簧后,弹簧储存的弹性势能转化为小球的动能为:
Ep=$\frac{1}{2}$mv2…①,
故需测量最大速度;
小球接下来做平抛运动,要测量初速度,还需要测量测量平抛的水平位移x和高度h;
故选:CD.
(2)对于平抛运动,有:x=vt…②,
h=$\frac{1}{2}$gt2…③,
由①②③式可解得:Ep=$\frac{mg{x}^{2}}{4h}$
故答案为:CD,$\frac{mg{x}^{2}}{4h}$.

点评 本题关键是通过平抛运动测量初速度,从而测量出弹簧释放的弹性势能,也就是弹簧储存的弹性势能.

练习册系列答案
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20.2016年诺贝尔物理学奖颁发给了三位美国科学家,以表彰他们将拓扑概念应用于物理研究所做的贡献.
我们知道,按导电性能不同传统材料大致可分为导体和绝缘体两类,而拓扑绝缘体性质独特,它是一种边界上导电、体内绝缘的新型量子材料,例如,在通常条件下石墨烯正常导电,但在温度极低、外加强磁场的情况下,其电导率(即电阻率的倒数)突然不能连续改变,而是成倍变化,此即量子霍尔效应(关于霍尔效应,可见下文注释).在这种情况下,电流只会流经石墨烯边缘,其内部绝缘,导电过程不会发热,石墨烯变身为拓扑绝缘体,但由于产生量子霍尔效应需要极低温度和强磁场的条件,所以其低能耗的优点很难被推广应用.
2012年10月,由清华大学薛其坤院士领衔的中国团队,首次在实验中发现了量子反常霍尔效应,被称为中国“诺贝尔奖级的发现”,量子反常霍尔效应不需要外加强磁场,所需磁场由材料本身的自发磁化产生,这一发现使得拓扑绝缘材料在电子器件中的广泛应用成为可能.
注释:霍尔效应是指将载流导体放在匀强磁场中,档磁场方向与电流方向垂直时,导体将在与磁场、电流垂直的方向上形成电势差.
根据以上材料推断,下列说法错误的是(  )
A.拓扑绝缘体导电时具有量子化的特征
B.霍尔效应与运动电荷在磁场中所受的洛伦兹力有关
C.在量子反常霍尔效应中运动电荷不再受磁场的作用
D.若将拓扑绝缘材料制成电脑芯片有望解决其工作时的发热问题

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